Спосіб підготовки зерна до зцукрювання

Изобретение относится к комплексной технологии производства алкогольных и пивобезалкогольных напитков и может быть использовано в технологии осахаривания крахмалсодержащего сырья в технологическом процессе приготовления спирта этилового, а также пива и др. прохладительных напитков. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки зерна косахариванию в процессе получения спирта, включающий термообработку крахмалсодержащего сырья [3]. Термообработку осуществляют п утем разваривания исходного продукта в специальных условиях. Процесс разваривания измельченного сырья непрерывным способом состоит из следующих операций: дробление сырья, дозирование его и воды, приготовление замеса и разваривание его с последующим выдуванием. Известный способ имеет следующие недостатки: значительные энергозатраты, связанные с помолом зерна; большие затраты тепла, обусловленные приготовлением перегретого пара; большая длительность (55-60 мин) процесса разваривания; необходимость использования установок повышенного давления (до 5 ати); необходимость использования энергоемкого оборудования; довольно большие потери сбраживаемых веществ, составляющие 3-4% и более, что сказывается на снижении выхода спирта. Подтверждением указанных недостатков способа [3] служат данные, полученные нами при разваривании крахмалсодержащего сырья - зерен пшеницы и ячменя непрерывным способом. Сырье подвергали измельчению, обеспечивающему 100%-ный проход дробленого зерна через сито с диаметром отверстий 1 мм. Продолжительность процесса разваривания составила 55 мин при температуре 145°С. Эффективность процесса разваривания предоставлена в табл.1 данными, характеризующими содержание декстринов и глюкозы в конечном продукте, а также количество потерь сбраживаемых веществ. Данные табл. 1 показывают, что резервы повышения качества термообработанного продукта следует искать в увеличении содержания в нем декстринов и глюкозы, а также в уменьшении потерь сбраживаемых веществ. В известных те хнических решениях для осахаривания крахмала разваренной массы зерна в производстве спирта используют ферменты солода и плесневых грибов. Под солодом понимают зерно, пророщенное в особых условиях. В спиртовом производстве солод готовят непосредственно на спиртовых заводах и употребляют в производстве в невысушенном состоянии, в виде, так называемого, зеленого солода. Можно употреблять сухой солод, высушенный при определенных температурных условиях. Солод для производства спирта должен иметь, как минимум, три фермента: амилазу, а -амилазу и декстрино-фосфатазу или декстриназу. Крахмал, содержащийся в зерне, недоступен для действия амилолитических ферментов солода, так как защищен стенками клеток. Кроме того, в нерастворенном состоянии он осахаривается чрезвычайно медленно. Поэтому одной из важнейших операций технологического процесса получения спирта является разваривание крахмалистого сырья (зерна), который состоит в том, чтобы вскрыть клетки сырья и перевести крахмал в растворенное состояние. Крахмал растворяется при 120°С, однако для ослабления клеточных стенок такой температуры недостаточно. Поэтому целое зерно обычно разваривают при температуре 145-155°С. В процессе тепловой обработки в разварнике клетки крахмала сохраняет свою структур у; она нарушается лишь при выдувании вследствие перепада давлений и адиабатического расширения пара. Таким образом, подготовка зерна к осахариванию в известным авторам технических решениях, определяющих современный уровень техники в этой области - это длительный, энергоемкий процесс разваривания зерна в специальных условия х, требующий сложного аппаратурного оформления с ограниченными возможностями извлечения ценных веществ из исходного сырья. В основу изобретения поставлена задача разработать способ подготовки зерна к осахариванию, основанный на термообработке, в котором термообработку осуществляют качественно иным источником тепла -инфракрасным излучением, что обеспечивает снижение энерго- и теплозатрат, сокращение продолжительности процесса и упрощение аппаратурного оформления за счет исключения энергоемкой операции разваривания измельченного зернового сырья и увеличение выхода спирта путем повышения содержания декстринов и глюкозы в термообработанном'продукте и исключения потерь сбраживаемых веществ. Для решения поставленной задачи предложен способ подготовки зерна к осахариванию, состоящий в термообработке исходного зернового продукта воздействием на него потоками инфракрасного излуче-ния с длиной волны 0,8-3,2 мкм до достижения температуры зерна 150-200°С. Отличиями предложенного способа являются обработка зернового продукта потоками инфракрасного излучения с А-0,8-3.2 мкм и проведение процесса при температуре 150-200°С. Нами установлено, что при облучении зерна со стандартной влажностью, благодаря выбору оптимальной длины волны, влага диффундирует в середину зерновки, а при достижении температуры 150-200°С, она из-за создания высокого давления пара внутри зерновки и герметизации ее наружной поверхности взрывается. Кратковременная (40-60 с) термообработка зерна ИК-излучением с его "взрывом" резко изменяет все его физические характеристики. Зерно увеличивается в объеме, в 2-3 раза уменьшается его плотность и в 3-4 раза увеличивается гигроскопичность. "Взрыв" зерна приводит к практически полному разрушению крахмальных гранул, о чем свидетельствует резкое повышение содержания декстринов и глюкозы, что позволяет использовать взорванное зерно в технологии получения спирта, пива, а также хлебного кваса и др. прохладительных напитков без использования процесса разваривания. Следует отметить, что использование ИК-излучения в заявляемом режиме исключает введение дополнительной влаги при термообработке, что практически исключает потери сбраживаемых ве ществ. Таким образом, реализация предложенного способа подготовки зерна к осахариванию с использованием ИК-излучений Обеспечивает снижение тепло- и энергозатрат, сокращение продолжительности процесса до 1,5-2 мин, упрощение аппаратурного оформления и повышение выхода спирта. Способ реализуется следующим образом. На облучение подают зерно со стандартной влажностью - 13,5%. Зерно ячменя, пшеницы размещают на поддоне слоем в 1-1,5 зерновки. В процессе облучения каждая зерновка вращается, что достигается вибрацией поддона. Зерно облучают при помощи источника КГТ 220—1000 инфракрасным излучением с параметрами: длина волны А-0,8-3,2 мкм; плотность потока излучения 20-22 кВт/м; время облучения 40-60 с. Указанные параметры обеспечивают достижение температуры зерен до 150— 200°С. Изменение температуры осуществляли при помощи пяти термопар типа хромель-алюмель, горячие спаи которых размещали в отверстиях, выполненных в зерновках и вторичного прибора - пятиточечного самописца - КСП-4. В результате обработки зерна ИК-излучением в заявляемом режиме А-0,8-3,2 мкм; Τ - 150-200°С) каждая зерновка "взрывалась". Это происходило из-за спекания ее поверхностных слоев - закрывания пор и капилляров, т.е. герметизации наружной поверхности зерновки, диффузии влаги с поверхностных слоев к центру зерновки, образования пара, рост давления которого и приводил к "взрыву". После "взрыва" зерно заливали водой комнатной температуры. Так как зерно после "взрыва" чрезвычайно гигроскопичное, оно впитывает воду и влажность его повышается до 35-40%, при этом оно охлаждалось до 50-40°С. После этого полученную массу пропускали через дисконожевую дробилку. Полученная масса обеспечивает хороший контакт крахмала с ферментами солода. Далее процесс получения спирта, пива, а также кваса и други х прохладительных напитков, проходит по существующему те хнологическому циклу (осахзривание, брожение, перегонка, очистка). Пример. Зерно ячменя с влажностью 13,5% размещают на поддоне слоем 1-1,5 зерна. В процессе облучения обеспечивается вращение каждой зерновки вибрацией поддона с частотой 100 Гц и амплитудой 0,2-0,5 мкм. В качестве источника инфракрасного излучения используют КГТ 220-1000. Термообработку зерна осуществляли потоком инфракрасного излучения с А-2,0 мкм, плотностью потока 22 кВт/м в течение 60 с. На поверхности зерна достигается температура 180°С. В результате такой обработки каждая зерновка "взрывалась". Содержание декстринов и глюкозы в термообработанном зерне ячменя составляет 38,2% и 51,4% соответственно (табл.2, пример 3). Эффективность предложенного способа подготовки зерна к осахаривзнию представлена в табл.2. Установлено, что в выбранном диапазоне длин волн ИК-излучения А-0,8-3,2 мкм и достижении температуры зерна 150-200°С при оптимальном времени облучения (40-60 с) зерен ячменя и пшеницы создаются условия, обеспечивающие "взрыв" зерновки и получение в термообработанном продукте максимально возможного содержания декстринов и глюкозы (примеры 1-10). При обработке зерна излучением с длиной волны, находящейся за граничными значениями заявляемого диапазона, не реализуются условия, обеспечивающие "взрыв" зерновки, что приводит к резкому снижению содержания декстринов и глюкозы в продукте (примеры 11, 12). Верхний предел температуры зерна 200°С ограничен тем, что нагрев до более высокой температуры приводит к порче зерна - к обугливанию. Использование предложенного способа подготовки зерна к осахариванию путем термообработки зерна ИК-излучением обеспечивает по сравнению с известным способом-прототипом: существенное снижение энерго- и теплозатрат на процесс термообработки зерна за счет исключения из технологического процесса приготовления спирта, пива, кваса и т.п., энергоемкой операции разваривания зерна; значительное сокращение продолжительности термообработки с 55-60 мин до 1,5-2 мин, т.е. в 30-37 раз; упрощение аппаратурного оформления, т.к. не требуется громоздкого, металлоемкого оборудования смеситель, предразварник, варочные колонны, паросепаратор и т.д.; повышение выхода спирта за счет исключения потерь сбраживаемых веществ (крахмал, сахар) и повышения содержания декстрнов и редуцирующи х Сахаров- глюкозы, например, для зерна ячменя, с 32,6% до 37.7-38,2%, т.е. на 5,1-5,6% и с 46.2% до 50,9-51,4%, т.е. на 4,7-5,2% соответственно.