Общая характеристика сырья бродильных производств

Основным видом сырья в бродильных производствах является растительное.

Существуют различные классификации сырья. В бродильной отрасли сырье классифицируют в зависимости от преимущественного содержания в нем какого-либо углевода. Исходя из этого, сырье подразделяется на:

крахмалсодержащее – зерновые злаки, картофель;

сахаросодержащее – меласса, виноград, сахарная свекла, плоды, ягоды;

содержащее клетчатку – древесина, сульфитный щелок;

специфическое – хмель и другое пряно-ароматическое сырье.

При производстве спирта используют ячмень, кукурузу, овес, просо, рожь, пшеницу, картофель, мелассу, сахарную свеклу, древесину, сульфитный щелок.

^ В виноделии – плоды, ягоды, виноград.

В пивоварении – ячмень, хмель. Кроме этого при приготовлении некоторых сортов пива используют рис, пшеницу, кукурузу и другие злаки.

При производстве хлебопекарных дрожжей – мелассу.

В производстве безалкогольных напитков – плоды, ягоды.

К растительному сырью, используемому в бродильных производствах, предъявляют следующие технико-экономические требования:

- оно должно ежегодно воспроизводиться в необходимых количествах;

- быть доступным и дешевым;

- сырье должно содержать значительное количество основного компонента (например, углеводов);

- в случае необходимости хорошо выдерживать хранение.
^

2 Строение зерна
Все зерновые культуры различаются по строению, но, тем не менее содержат одинаковые анатомические части. Строение зерна рассмотрим на примере ячменя.

Зерно покрыто плотной мякинной оболочкой (7). ^ Мякинная оболочка выполняет защитную функцию – предохраняет зерно от повреждения и высыхания. Она состоит из двух частей: брюшной и спинной. Спинная оболочка переходит в ость (6) и отбивается при молотьбе. Под мякинной находятся плодовая и семенная (8) оболочки. Семенная оболочка полупроницаема: пропускает воду, но задерживает растворенные в ней вещества и микроорганизмы. Оболочки состоят из веществ, которые нерастворимы в воде и трудно разрушаются механическим или химическим путем. Это: целлюлоза, гемицеллюлоза, которые пропитаны минеральными веществами.

У некоторых зерновых культур мякинная оболочка удаляется при молотьбе. Такие культуры называются голозерными. К ним относятся: рожь, пшеница, кукуруза. Зерновые культуры, у которых мякинная оболочка срослась с зерном и не отделяется при обмолоте, называются пленчатыми (ячмень, овес, просо, рис).

Технологическое применение оболочки находят в производстве пива при фильтрации затора, где они являются основой фильтрующего слоя.

Прилегающий к семенной оболочке слой называется алейроновым (10). Он состоит из прямоугольных толстостенных клеток. Содержит белки и жиры. В период проращивания в этом слое образуется большая часть гидролитических ферментов.

Внутренняя часть зерна, или мучнистое ядро, носит название эндосперм (9). Является кладовой питательных веществ. Состоит из крупных клеток с находящимися в них зернами крахмала (11). Промежутки между ними заполнены белком и гемицеллюлозой. Эндосперм составляет основную часть экстракта. Между содержащими крахмал тканями эндосперма и зародышем находится толстый слой пустых, сдавленных клеток – слой растворенного эндосперма (12). Содержимое этих клеток было использовано зародышем на стадии созревания зерна. Чем лучше зерно развито, тем толще этот слой.

В нижней части зерна расположен зародыш (5). Это живая часть зерна. Содержит белки, жиры, витамины, ферменты. В нем имеются элементы будущих органов растения: зародышевый листок и корешок (1,2,3). Зародышевый листок – зачаток стеблей. Из зародышевого корешка формируется корневая система. Часть зародыша, прилегающая к эндосперму, называется щитком (4). Его основная функция – передача питательных веществ от эндосперма к зародышу.

^

3 Химический состав зерна
Химический состав злаков зависит от сорта, почвенно-климатических условий, используемых удобрений, условий выращивания и не является постоянным для данной культуры.

Важная составная часть зерна ^__ вода. Зерно злаков в среднем содержит 14-15 % воды и 85-86 % сухих веществ.

Сухие вещества представлены углеводами, белками, жирами, минеральными веществами.

К углеводам относятся: крахмал, целлюлоза, гемицеллюлозы, пектиновые и гумми-вещества, растворимые сахара.

Основная масса углеводов приходится на крахмал. Он содержится в эндосперме и алейроновом слое. Крахмальные зерна на 97 % состоят из чистого крахмала (С₆Н₁₀О₅)_п и 3 % примесей – минеральных веществ, остатков фосфорной кислоты, белков. Чистый крахмал представлен двумя полисахаридами: амилозой и амилопектином. Содержание крахмала (в %) составляет: в пшенице – 60 - 65; ржи – 60-73; ячмене– 55-65; овсе – около 50; просе – около 60; рисе – 75-80 .

Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид. Входит в состав оболочек и клеточных стенок. В воде не растворима. Стойка к действию ферментов. При проращивании зерна не изменяется, при затирании полностью переходит в дробину. Голозерные культуры содержат целлюлозы 2-3 %, пленчатые – 6-14 % .

Гемицеллюлозы и гумми-вещества – высокомолекулярные полисахариды, содержатся, в основном, в периферийных частях зерна, ближе к оболочкам. Состоят из гексозанов (глюканы, галактаны, маннаны) и пентозанов (арабана, ксилана). Мономерами их являются глюкоза, галактоза, манноза, арабиноза и ксилоза. Дрожжами сбраживается только глюкоза и манноза. Гемицеллюлозы в воде нерастворимы, но растворяются в разбавленных щелочах.

Гумми-вещества не отличаются от гемицеллюлоз по строению, но имеют меньшую молекулярную массу. Поэтому растворяются в горячей воде и дают вязкие растворы. Меньше всего гемицеллюлоз содержится в рисе и просе (около 2 %), больше всего - в овсе – 13 %. В остальных зерновых культурах – 7-11 %.

Слизи содержатся в зернах некоторых злаков. Это – полисахариды, в большинстве случаев растворимы в воде. Состоят в основном из пентозанов. Больше всего содержится во ржи (до 3 %).

Левулезаны – полисахариды, которые состоят из остатков фруктозы. Содержатся в зернах ржи, пшеницы, овса в количестве 2-3 %.

^ Пектиновые вещества – входят в состав клеточных стенок. Содержание их составляет 1-2 %. При гидролизе дают галактуроновую кислоту и метиловый спирт.

В зерне злаков (преимущественно в зародыше) содержатся также свободные сахара в количестве от 2 до 5 %. Преобладает сахароза. Кроме этого содержатся фруктоза, рафиноза, глюкоза. Сахара используются зародышем в качестве питательных веществ.

^ Азотистые вещества – подразделяются на белковый и небелковый азот. Белковый азот входит в состав белков и полипептидов. Существует зависимость: чем больше белка в зерне, тем меньше крахмала. Количество белка в зерновых составляет от 7 до 20 %. Больше всего белка в пшенице, меньше всего в кукурузе и рисе (7-9 %). Белковые вещества сосредоточены в зародыше, эндосперме и алейроновом слое. Это резервные белки, ферменты. Белки делятся на простые и сложные.

Простые белки:

альбумины – растворимы в воде;

глобулины - растворимы в солях;

проламины – растворимы в спирте;

глютелины – растворимы в щелочах.

Сложные белки – протеиды, наряду с белковой частью имеют небелковую группу.

^ Небелковый азот – аминный (представлен аминокислотами); аммиачный (солями органических кислот); минеральный (солями азотной кислоты); амидный (представлен амидами). Аминокислоты и другие формы небелкового азота являются питанием для дрожжей.

Суммарное содержание всех форм азота представляет собой общий азот. Азотистые вещества, которые при водной экстракции зерна переходят в раствор, называют растворимым азотом.

Жиры – содержатся, в основном, в зародыше и алейроновом слое. Используются зародышем как питательные вещества. Больше всего жира в овсе и кукурузе (до 5 %). В остальных зерновых культурах 2-3 %. Жир отрицательно влияет на сохранность зерна (прогоркает) и пеностойкость пива. Поэтому в пивоварении кукурузу используют только обезжиренную.

^ Минеральные вещества – содержатся от 1,5 до 6 %. Меньше всего во ржи. Больше всего в рисе. В основном это фосфаты.

Витамины – играют роль в поддержания жизненных процессов роста, брожения, в образовании ферментов. Содержатся в алейроновом слое и зародыше. Это витамины группы В, РР, биотин.

В зерне содержатся также ферменты, но их мало и находятся они в связанном состоянии.

^