Хранение и переработка ячменя на ОАО Балтика-Новосибирск

Введение
Литературный обзор
1.1Народнохозяйственное значение пивоварения
1.2 Сырье
1.3 Хранение и переработка ячменя
1.4 Технология пивоварения
1.4.1 Обработка зернового сырья
1.4.2 Приготовление пивного сусла
1.4.3 Проведение главного брожения
1.5 Состояние изучаемого вопроса
1.6 Полезные и вредные компоненты пива
2ОАО «Балтика-Новосибирск»
2.1 Характеристика предприятия
2.2 Экономическая характеристика, структура управления
2.3 Технология пивоварения на «Балтике»
2.4 Техника хранения ячменя
2.5 Сырье для производства пива
2.5 Модернизация производства
3Экономическая эффективность
4 Охрана труда
5 Охрана окружающей среды
Выводы и предложения
Список литературы

Хранение и переработка ячменя на ОАО Балтика-Новосибирск

Двухрядные ячмени имеют на колосовом стержне по обе стороны от него по одному нормально развитому зерну и несколько неразвившихся. При таком расположении зерна двухрядного ячменя хорошо развиваются, вырастают крупными и одинакового размера. Боковые зерна шестирядного ячменя имеют неправильную изогнутую форму и более мелкие.
Шестирядные ячмени используются на корм скоту, их называют фуражными, а двухрядные - для производства солода, поэтому их называют пивоваренными. У пивоваренных сортов ячменя оболочка зерна более тонкая, содержание экстрактивных веществ (в основном крахмала) больше, а белка - меньше, чем у кормовых ячменей.
Ячменное зерно состоит из зародыша, эндосперма (мучнистого тела) и оболочек.
Зародыш находится у нижнего конца зерна. Состоит из зародышевого листа - почечки и зародышевого корешка. Зародыш является основной частью зерна, ответственной за его проращивание.
От эндосперма зародыш отделен щитком, через клетки которого при прорастании подводятся питательные вещества.
Эндосперм - мучнистая часть зерна. Основная масса эндосперма - крупные клетки, заполненные крахмальными зернами и белком. Тонкие стенки клеток состоят из гемицеллюлозы. Наружная часть эндосперма представляет собой алейроновый слой, который состоит из трех слоев толстостенных клеток, содержащих белок и жир. По мере приближения к зародышу толщина слоя уменьшается, а вблизи зародыша алейроновый слой исчезает. Клетки эндосперма, расположенные рядом с зародышем, не содержат крахмала, так как он был израсходован зародышем при созревании и хранении зерна. В этом слое во время прорастания зерна образуется большая часть ферментов. Клетки алейронового слоя живые (также как у зародыша), а остальные клетки эндосперма являются резервными для развития зародыша.
Зерно окружено оболочками, которые располагаются в следующем порядке: наружная - цветочные пленки, под ними находится плодовая, затем семенная оболочка. Если цветочные пленки срослись с зерновкой (эндосперм), такой ячмень называется пленчатым, если не срослись, то голозерным. У голозерных ячменей оболочка отделяется при обмолоте. В пивоварении используют пленчатые ячмени.
Дополнительным пивоваренным сырьем считаются отличные от соложеного ячменя материалы, являющиеся для сусла источником углеводов и белка. Важная характеристика для приготовления высококачественного пива с хорошим выходом напитка – массовая доля белка, а использование несоложеного сырья позволяет варьировать массовую долю белка в сусле [14].
В пивоварении могут найти применение только легко перерабатывающиеся заменители. Их можно разделить на две группы: к первой группе относят заменители, применяемые непосредственно, из которых можно получить экстракт без использования солода (сахаристые заменители); ко второй – заменители, перерабатываемые только при одновременном использовании солода (крахмалистые заменители) [15, 16].
В пивоварении в качестве несоложеных материалов, т.е. без проращивания, применяют также кукурузу, рис и, реже, пшеницу.
Кукуруза. Применяется как добавка к солоду в виде кукурузной муки или кукурузной сечки. Кукуруза содержит много жира, снижающего стойкость пены. Жир содержится в основном в зародыше, поэтому снизить его количество в муке можно только предварительно отделив зародыш. Содержание жира для кукурузной муки или сечки не должно превышать 2%. Жир кукурузы легко прогоркает, поэтому сечку или муку должны хранить не более 3 мес. в темном и прохладном месте. Экстрактивность кукурузы выше, чем у ячменя, и составляет 82-90%. Мука кукурузы содержит в среднем 12-13% воды, 63% крахмала и 9% белков [17].
Средний процентный химический состав зерна кукурузы (в пересчете на сухое вещество СВ): углеводов - 78,5; белковых веществ - 12,15; целлюлозы - 2,5; жира - 5,1; золы - 1,75. Крахмал кукурузы содержит 21-23% амилозы и 77-79% амилопектина. Крахмальные зерна мелкие и трудно гидролизуются ферментами.
Рис. Его добавляют к солоду в виде муки или сечки, являющейся отходом рисоочистительного производства. До обработки рис представляет собой зерно, покрытое цветочными оболочками. Количество пленки в зерне составляет 17-23%. Содержание крахмала в сечке около 80% (амилозы 21-31%, амилопектина 69~79%), белка 6-8%, экстрактивность 95-97% к массе сухих веществ [18].
Средний процентный химический состав зерна риса без пленок (в% к массе сухих веществ): крахмал - 75-81; сахар - 2-5; целлюлоза - 0,6-0,8; белковые вещества - 7-9; жиры - 1,6-2,5; зола - 1,0-1,2.
Как и у кукурузы, крахмальные зерна риса мелкие, они трудно гидролизуются амилазами.
Рисовая сечка содержит мало жира и много крахмала, что положительно влияет на качество готового пива. В нем отсутствуют фракция белка Р-глобулина и антоцианогены, участвующие в помутнении пива, что позволяет повышать стойкость пива, приготовленного с использованием риса. Абсолютная масса составляет 15-43 г.
Все зерновые несоложеные материалы следует хранить в виде зерна и размалывать непосредственно перед подачей в производство, поскольку в муке активно протекают окислительные процессы, и качество ее ухудшается.
Пшеница. Иногда в качестве несоложеного сырья или как сырья для приготовления солода используют пшеницу.
Это - однолетнее яровое или озимое растение, относится к семейству злаковых. Соцветие представляет собой колос, в котором зерновка не срастается с цветочными пленками, поэтому пшеница относится к голозерным культурам. Зерно состоит из двух оболочек (плодовой и семенной), зародыша и эндосперма. Каждая из оболочек состоит из трех слоев клеток. В плодовой оболочке первый слой образован продольными, второй поперечными, третий - трубчатыми клетками. В семенной оболочке первый слой состоит из прозрачных клеток, второй, называемым пигментным, содержит красящие вещества, определяющие окраску всего зерна, а третий состоит из непрозрачных набухающих клеток.
Масса оболочек зерна составляет 5,6-11,2%; зародыша - 4,2%; эндосперма - 78,7-84,3% к массе сухих веществ зерна. Влажность зерна пшеницы 8-18%.
Сухие вещества зерна пшеницы содержат (в%): крахмала 60-80; белка 7-18; целлюлозы 2-2,5; Сахаров примерно 3; жира 0,5-1; минеральных веществ 1,5-2; гумми-веществ 0,3-0,44% к массе сухих веществ.
Основным углеводом пшеницы является крахмал, в зернах которого содержится 17-24% амилозы и 76-83% амилопектина. Температура набухания крахмала 58 °С, клейстеризации 64 °С.
Содержание белка в пшенице может достигать 25%, но в пивоварении допустимо 12-13%, лучше ниже 11%. При получении солода из такой пшеницы наблюдается хорошее растворение зерна, солод имеет высокое содержание экстракта и низкую цветность. Белки глиадин и глютенин (глютелин) образуют при затирании клейковину, затрудняющую фильтрование заторов. Пшеница содержит очень мало антоцианогенов, поэтому даже при повышенном содержании белка стабильность пшеничного пива выше. В зернах пшеницы витамины: Р-каротин, Е, В6, биотин, ниацин, пантотеновая кислота, рибофлавин, тиамин, фолацин, холин [19, 20].
Наряду с ячменным солодом хмель - основное и пока незаменимое сырье для пивоварения. Входящие в состав хмеля вещества придают пиву специфические вкус увеличивают его стойкость при хранении, способствуют осветлению пива и образованию пены.
Хмель - вьющееся многолетнее растение, относящееся к семейству коноплевых. Он является двудомным растением: мужские и женские соцветия находятся на разных растениях. В пивоваренном производстве от хмеля используют только шишки - женские неоплодотворенные соцветия. При возделывании хмеля мужские хмелевые растения с плантаций удаляют.
Хмель входит в состав большого количества биологически активных добавок.
В «шишечках» хмеля содержится 8-пренилнарингенин (8-ПН) — вещество, относящееся к классу фитоэстрогенов (фито — растение, эстроген — женский половой гормон), что придает хмелю эстрогенную активность. В опытах на кастрированных мышах и инфантильных крысах было установлено, что 70 % экстракт хмеля в дозе 10—30 мг вызывает эструс или проэструс. Ежедневное введение животным экстракта хмеля на протяжении 12 дней увеличивало массу рога в 4,1 раза. Добавление 8-изопренилнарингенина в питьевую воду мышам с удаленными яичниками обусловило эстрогенную стимуляцию влагалищного эпителия. Однако эффект достигался в концентрации не менее 100 мкг/мл, которая в 500 раз превышает содержание 8-изопренилнарингенина в пиве [21, 22].
О влиянии фитоэстрогенов хмеля в пиве на человеческий организм однозначного мнения не существует. По одним данным, «Препараты соцветий H. lupulus, как и отдельные группы его соединений, характеризуются уникальным набором фармакологических свойств [23]. Альфа-кислоты и компоненты эфирного масла могут обеспечивать своеобразное снотворное и антидепрессивное действие хмеля. Производное ксантохумола — 8-пренилнарингенин — является на сегодня наиболее сильным фитоэстрогеном, а водорастворимые олигомерные проантоцианидины — мощными антиоксидантами. Перечисленные свойства компонентов хмеля, присутствующих и в пиве, не обеспечивают их медицинского эффекта при употреблении этого напитка. Напротив, такие особенности, как состав микрофлоры кишечника, могут определять риск изменения эстрогенного статуса у отдельных лиц даже при его умеренном употреблении» [24].
1.3 Хранение и переработка ячменя
Рабочий или мастер, ответственный за солодоращение, учитывая экономические и технологические требования, должен заботиться о правильном складировании и хранении ячменя. Здесь следует различать: а) хранение свежеубранного ячменя до окончания периода покоя; б) хранение готового к проращиванию и солодоращению ячменя до момента переработки.
Свежеубранный ячмень почти всегда прорастает плохо, поскольку в нем велик процент еще неспособных к проращиванию зародышей. Необходимую для солодоращения наибольшую энергию прорастания ячмень получает в ходе правильного хранения, которое в зависимости от свойств сорта и условий роста и созревания может длиться многие недели. Процессы, проходящие внутри зерна в продолжение периода покоя, называют дозреванием. Период покоя — это естественная самозащита от прорастания зерен на стебле при неблагоприятных погодных условиях в период созревания и уборки ячменя [25].
Во время созревания ячменя на стебле происходит перестройка низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные запасные вещества зерна. Большинство ферментов, прежде всего амилазы, сахараза, целлюлазы, а также ферменты обмена вещества обнаруживают в стадии полной, или «мертвой», спелости незначительную активность. Это объясняется тем, что гиббереллины, способные активировать деятельность ферментов, в стадии созревания содержатся еще в незначительных количествах или их действие блокировано специальными, тормозящими рост веществами. Но если в ходе дозревания или соответствующей обработки ячменя, направленной на прекращение периода покоя, тормозящие вещества и ингибиторы разрушаются или связываются, количество гиббереллинов возрастает и процессы прорастания могут протекать [26].
Состояние покоя привлекло особое внимание в последние 20 лет в связи с необходимостью продления возможности солодоращения на весь год. В связи с изменением сельскохозяйственной техники ячмень сразу после уборки поставляется на предприятия по переработке, получение же прежних, созревших для проращивания ячменей оказывается не всегда возможным.
Длительность периода покоя зависит от температур во второй половине созревания. Чем холоднее погода в это время, тем медленнее достигается полная энергия прорастания. Отрицательно влияют также осадки во время фазы вегетации и в период опыления. Кроме того, длительность периода покоя является признаком сорта: сорта Домен, например, отличается очень коротким периодом покоя, Кения — средним, Буссер — длинным. В Средней Европе желательно возделывать ячмени со средним периодом покоя, чтобы не допустить прорастания ячменя в колосе.
Физиологические особенности прохождения периода покоя в зерне непосредственно отражаются на формировании одного из основных свойств пивоваренных ячменей — водочувствительности. Характеристика «основного периода покоя» и водочувствительность неразрывно связаны между собой.
Ячмень должен храниться и в момент дозревания, когда его ценность увеличивается, и в последующий период, вплоть до переработки, без потери своих качеств. Достигшее зрелости для прорастания зерно — не мертвая материя, которая может храниться в любых условиях, а живой растительный организм, дыхание которого происходит в соответствии с хорошо изученными законами. Упрощенная формула дыхания имеет вид
С6Н12O6 + 3O2 → 6СO2 + 6Н2O + 2831 кДж (674 ккал).
Для дыхания необходим кислород. В процессе дыхания образуются СО2, вода и тепло. При покрытии потребности в энергии из-за недостатка кислорода может начаться анаэробный обмен веществ (брожение), при котором конечными продуктами являются алкоголь и СО2, а также альдегиды, органические кислоты и эфиры. Анаэробное (интермолекулярное) дыхание отрицательно действует на зародыш, который сначала отравляется, а затем отмирает. Процесс отмирания необратим: зародыш «задохнувшегося» зерна не восстанавливает свои функции. Поэтому необходима вентиляция, обеспечивающая удаление СО2. Однако жизнедеятельность ячменя целесообразно при этом ограничить до минимума, что достигается снижением влажности и температуры хранения ячменя.
На современных солодовенных предприятиях большой мощности не имеется достаточных площадей для использования рассмотренных способов напольного хранения зерна. Здесь используется другая форма хранения: хранение ячменя в большом слое в закрытых енлосах высотой до 40 и более метров. Удаление влаги из силосов и аэрация ячменя с помощью простой вентиляции здесь невозможны и необходимы специальные вспомогательные устройства. Поэтому складироваться должно только подготовленное к хранению зерно. Даже при большой высоте силоса не следует опасаться воздействия давления хранящейся массы на самые нижние слои зерна. Возникающие здесь силы возрастают не пропорционально высоте, а стремятся к некоторому пределу, и, начиная с некоторой высоты давление в силосе практически не возрастает. Прежде всего, это результат трения о стены, определяемого шероховатостью стен и внутренним трением насыпанной массы. Такая закономерность имеет место только при узких ячейках силосов. Высоты, начиная с которых давление на днище не возрастает, непостоянны; в литературных источниках приводятся различные данные: 10 и 25 м [27].
1.4 Технология пивоварения
Пивоварение является одним из древнейших производств. Предполагается, что еще за 7 тыс. лет до н.э. в Вавилоне варили пиво из ячменного солода и пшеницы. Затем способ приготовления пива распространился в Древнем Египте, Персии, среди народов, населявших Кавказ и юг Европы, а позже - по всей Европе [28].
«Вкусовые отпечатки пальцев» каждого бренда пива различаются на определенные величины, и этими различиями управляют технологическими способами, обеспечивающими возможность создания гибкой технологической линии производства пива с заданными вкусоароматическими свойствами и пониженными токсикологическими характеристиками. При этом в промышленном производстве пива разработана методология автоматизированного управления всем процессом пивоварения и основными его этапами на принципах двухуровневых интеллектуальных нейронных сетей, причем формальный нейрон нижнего уровня удалось обеспечить обратной связью и управлением по отклонению [29]. При этом известный принцип управления по мониторингу параметров технологического процесса и состояния оборудования дополнен поэтапным мониторингоми управлением качеством полупродукта в процессе биотехнологического преобразования сырья в готовый продукт.
Технологический процесс производства пива состоит из следующих основных операций: приема, хранения, очистки и дробления солода, приготовления пивного сусла, приготовления чистой культуры дрожжей, сбраживания пивного сусла, осветления и розлива пива в бутылки, бочки, автотермоцистерны [30].
Технологическая линия производства пива нового поколения, кроме новых принципов автоматизации управления процессом, включает новые методы обработки (подготовки) сырья, фильтрации затора, новый тип сусловарочного котла, а также новый принцип проведения главного (основного) брожения.
1.4.1 Обработка зернового сырья
Схема единой автоматизированной системы осушки и стерилизации зернопродуктов на этапах хранения в силосах зернохранилищах пивоваренных предприятий приведена на рис. 1 [31].
Рисунок 1. . Схема линии осушки и стерилизации зернопродуктов.
Условные обозначения: 1 – воздухозаборное устройство; 2 – отделение тонкой очистки воздуха; 3 – контейнер осушки воздуха; 4 – устройство охлаждения воздуха; 5 – компрессор; 6 – ресивер; 7 – датчик температуры; 8 – датчик температуры; 9, 10 – управляемые электромагнитные клапаны; 11 –клапан сброса давления; 12 –датчик давления; 13 – датчик относительной влажности; 15 – генератор озона; 16 – водоохлаждаемые разрядные электроды; 17 – датчик температуры; 18 – электроуправляемый кран; 19 – ресивер озоновоздушной смеси; 20 – датчик контроля концентрации озона; 21 – датчик давления; 22 – клапан сброса избытка давления; 23 –крыша здания; 24 – электромагнитный клапан; 25 – компрессор; 26 –управляемый кран; 27 – стерилизационная камера; 28 – входной шлюз; 29 – выходной шлюз; 30 – вытяжная вентиляционная линия; 31 – вентилятор; 32 – пылеуловитель; 33 – датчик температуры; 34 – датчик влажности; 35 – датчик концентрации озона; 36 – блок поочередного включения сопел; 37 – сопла ввода озоновоздушной смеси; 38 – распределительное устройство.
Технологическая линия обеспечивает осушку и периодическую плановую стерилизацию солода или несоложеного сырья при их длительном хранении в заводских условиях.
Осушку и стерилизацию солода или зернового сырья проводят в «кипящем слое», создаваемом чередующимися струями осушенной озоновоздушной смеси.
Экспериментально установлено, что при этом достигается не только практически полная стерилизация зернового сырья, но и повышение его осахаривающей способности [32].
1.4.2 Приготовление пивного сусла
Упрощенная схема конструкции сусловарочного котла [33], исключающего переход канцерогенных смол хмеля в сусло и готовое пиво, представлена на рис. 2. Отказ от кипячения позволяет экономить энергию на обязательное последующее охлаждение сусла перед его подачей на основное брожение и проводить охлаждение непосредственно в сусловарочном котле.
Рисунок 2. Схема сусловарочного котла.
Условные обозначения: 1 – корпус котла; 2 – плавающая крышка с беспроводными датчиками и измерителями; 3 – роликовые направляющие; 4 – датчик и измеритель температуры сусла; 5 – датчик и измеритель плотности сусла; 6 – датчик и измеритель кислотности сусла; 7 – датчик верхнего уровня; 8 – датчик нижнего уровня сусла в котле; 9 – контейнер дозатор технологических добавок с управляемым краном 10; 11 – выносной пастеризатор с управляемыми кранами 12, 13; 14 – циркуляционный насос; 15 – охлаждающий змеевик теплообменника; 16 – выносное охлаждающее устройство с управляемым краном 17; 18 – микропроцессор; 19 – пластинчатый выносной выпарной аппарат; 20 – линия откачки сусла; 21 – линия промывных вод; 22 – сброс в канализацию.
Первое сусло и промывные воды из фильтрационного аппарата поступают в сусловарочный аппарат, где поддерживается температура 63…75 °С. при температуре не выше 75 °С сохраняется часть а-амилаз в активном состоянии, поэтому может осахариваться крахмал, перешедший в сусло после промывания дробины водой [34]. По окончании набора проверяют полноту осахаривания сусла по йодной пробе. При неполном осахаривании добавляют вытяжку из следующего затора, сусло выдерживают до полного осахаривания. Хмель задают в сусловарочный аппарат как в начале кипячения, так и в течение всего процесса. Сусло начинают кипятить после набора всего его количества из фильтрационного аппарата. Продолжительность кипячения сусла с хмелем 1,5…2 ч. Кипячение сусла производят интенсивно, благодаря чему обеспечиваются быстрое свертывание белков и лучшее использование горьких веществ хмеля.