автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологии гречишного солода

На правах рукописи

ТРОЦЕНКО Андрей Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГРЕЧИШНОГО СОЛОДА

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции н виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени • кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Краснодар - 2013 005542906

005542906

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ФГАОУ ВПО ДВФУ)

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент

Танашкина Татьяна Владимировна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Агеева Наталья Михайловна,

заведующая лабораторией стабилизации, химии и микробиологии вина ГНУ «Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии доктор технических наук, доцент, Голуб Ольга Валентиновна, профессор кафедры товароведения и управления качеством ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Защита диссертации состоится 19 декабря 2013 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет». Автореферат разослан 19 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Гречиха - традиционная сельскохозяйственная культура, выращиваемая в России, которая используется преимущественно для изготовления гречневой крупы и муки - ценнейших продуктов питания. Зерно гречихи характеризуется исключительными пищевыми и диетическими достоинствами: биологическая ценность ее белка близка к эталонному, высоко содержание биофлавоноидов, в том числе рутина, витаминов группы В, макро- и микроэлементов. Особенностью ее белкового состава является почти полное отсутствие глютена. Все эти несомненные преимущества гречихи по сравнению с зерном других культур, позволяют использовать ее в диетическом питании (Крефт и др., 2010; Gallagher, 2009; Arendt, Bello, 2008).

Однако до настоящего времени зерно гречихи не применялось для изготовления солода. Известно, что солод по сравнению с зерном содержит значительно больше витаминов, свободных аминокислот, низкомолекулярных углеводов и других полезных веществ. Применение гречишного солода (ГС) позволило бы обогащать продукты питания биологически активными веществами, повышать пищевую и биологическую ценность продуктов, разнообразить их ассортимент, а также могло бы расширить диету для больных целиакией (глютеновой непереносимостью). В то же время солод из гречихи в промышленных масштабах пока не производится. Это связано в первую очередь с отсутствием эффективной технологии его получения.

Несмотря на то, что в последние годы опубликованы работы отечественных и зарубежных ученых (Гернет, 2009; Коротких, Востриков, 2011; Петрова и др., 2011, Wijngaard et al., 2005, 2006, 2007; Nic Phiarais et al, 2005, 2006, 2011 и др.), посвященные исследованию возможности получения солода из гречихи и использованию его в производстве хлебобулочных изделий и напитков брожения (пиво, квас), ряд вопросов остается не изученным. Недостаточно исследованы способы замачивания зерна гречихи при солодоращении. Не в полной мере изучены технологические параметры сушки гречишного солода. Не учтены сортовые особенности гречихи при

получении солода. В связи с этим разработка эффективной технологии гречишного солода является актуальной.

Актуальность работы подтверждена включением ее в программу НИР в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Новые технологии продуктов питания направленного действия на основе комплексной переработки морского, сельскохозяйственного и дикорастущего сырья» (государственный контракт № 02.740.11.0740 от 12.04.2010).

1.2 Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось научно-практическое обоснование и разработка технологии гречишного солода.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- исследовать технохимические и физиологические показатели зерна гречихи различных сортов селекции ПримНИИСХ РАСХН (содержание белка и крахмала, а также рутина, энергия и способность прорастания в разные периоды года, степень водочувствительности);

-определить оптимальные условия солодоращения для получения све-жепроросшего гречишного солода с высокой амилолитической активностью;

- определить оптимальные режимы сушки гречишного солода;

- исследовать органолептические и физико-химические показатели гречишного солода;

- разработать технологию и технологическую схему получения гречишного солода;

- исследовать возможность использования гречишного солода для изготовления пива;

- определить органолептические и физико-химические показатели пива с использованием гречишного солода;

- разработать техническую документацию на гречишный солод и пиво;

- апробировать технологии гречишного солода и пива в производственных условиях;

- оценить экономический эффект от применения разработанных технологий.

1.3 Научная новизна. Научно обоснована и разработана технология получения гречишного солода с использованием приморских сортов гречихи селекции ПримНИИСХ РАСХН. Впервые использован оросительный способ проращивания зерна гречихи. Установлена зависимость амилолити-ческой активности (АС) свежепроросшего ГС от степени замачивания зерна гречихи, температуры и продолжительности проращивания при данном способе солодоращения. Выявлена зависимость уровня амилолитической активности гречишного солода от скорости удаления влаги и температурного режима сушки. Впервые обосновано влияние скорости воздушного потока в сушильной камере на продолжительность сушки и АС гречишного солода. Получена математическая модель, описывающая зависимость изменения влажности и АС гречишного солода от продолжительности и температуры сушки, которая подтверждена экспериментально. Впервые выявлена зависимость качества ГС от сортовых особенностей гречихи. Впервые доказано отсутствие глютена в ГС, полученном из зерна приморских сортов гречихи.

1.4 Практическая значимость. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология получения гречишного солода, а также показана возможность его использования для изготовления светлого гречишного (100 % ГС) и светлого ячменно-гречишного (50 % ячменного солода и 50 % ГС) пива. Внедрение в практику результатов этих исследований позволяют расширить возможности использования районированных сортов гречихи.

Разработана и утверждена техническая документация на гречишный солод (СТО 9184-02067942-010-2012 «Солод гречишный светлый», ТИ № 011-2012 на его производство) и гречишное пиво (СТО 9184-80943448-0032012 «Пиво гречишное светлое», ТИ на его производство). Разработанная технология ГС апробирована в лаборатории процессов ферментации Дальневосточного федерального университета, в результате чего была получена опытная партия ГС. На базе пивоваренного завода ООО «Дальневосточная

пивоваренная компания» выпущена опытная партия пива «Гречишное светлое».

Результаты научных исследований по теме диссертации используются при чтении лекций и проведении практических занятий для студентов Дальневосточного федерального университета, обучающихся по специальности 260204 - «Технология бродильных производств и виноделие» (дисциплины «Химия отрасли» и «Технологии отрасли»).

1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на семи конференциях и шести выставках различного уровня: на IV и V Международных научно-технических конференциях «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (г. Санкт-Петербург, 2009 и 2011 гг.); на I Международном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» (г. Москва, 2011 г.); на V и VI Биотехнологических выставках-ярмарках «Ро-сБиоТех» (г. Москва, 2011 и 2012 гг.) - получены золотые медали и дипломы; на V Международной ярмарке инноваций, эко-идей, продуктов и технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности Agra ARCA-2012 (Хорватия, г. Слатина, 2012 г.) - получен диплом; на IV Харбинской международной выставке научно-технических достижений (Китай, г. Харбин, 2012 г.).

1.6 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение «Способ получения гречишного светлого солода».

1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 152 страницах компьютерного текста, содержит 36 таблиц и 37 рисунков. Список литературных источников включает 169 наименований, в том числе 63 - зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. Объектами исследований служили: зерно гречихи 8 селекционированных и выращенных Приморским НИИСХ РАСХН сортов (г. Уссурийск, Приморский край), урожая 2007 и 2009 гг., свежепро-росший и сухой гречишный солод сортов При 345, При 373 и Изумруд, гречишное, ячменно-гречишное сусло и пиво, а также ячменное сусло и пиво. Для приготовления в лабораторных и производственных условиях образцов сусла и пива использовали сухой гречишный солод сорта При 373 и солод ячменный светлый пивоваренный Beatrix 30 % и Quench 70 % (ЗАО «Солодовенный завод Суффле», г. Санкт-Петербург), хмель гранулированный ароматный Saaz тип 45 («MORRIS HANBURY-LIPOFRESH LTD», Великобритания), сухие пивоваренные дрожжи Saccharomyces cerevisiae W 34/70 («Fermentis», Франция), жидкий ферментный препарат Бирзим Амил ХТ («Erbsloeh Geisenheim Getraenketechnologie», Германия), воду питьевую.

2.2 Методы исследований. При исследовании технохимических характеристик зерна гречихи и основных физико-химических показателей качества свежепроросшего и готового гречишного солода, сусла и пива применяли как общепринятые методы (регламентированные действующими ГОСГиГОСГР), так и методы Европейской пивоваренной конвенции European Brewing Convention (ЕВС). Содержание рутина в зерне гречихи и гречишном солоде определяли спектрофотометрическим методом на приборе Unico 2800 UV/VIS (США), амилолитическую активность гречишного солода - методом Виндиша-Кольбаха (Ермолаева, 2004), содержание диаце-тила в пиве - спектрофотометрическим методом по реакции с гидроксила-мином (Ермолаева, 2004).

Гречишный солод получали, используя оросительный способ проращивания, варьируя степень замачивания зерна (W, %), температуру и продолжительность солодоращения, а также температурный режим и скорость потока воздуха в сушильной камере. Долю потерь сухих веществ (СВ) в процессе приготовления солода определяли по разностй между массой зерна гречихи до солодоращения и массой готового солода в пересчете на СВ. Образцы пива готовили по общепринятой технологии настойным способом.

Органолептическую оценку образцов пива проводили три независимые дегустационные комиссии по 25-бальной шкале в соответствии с ГОСТ 3006093.

Опыты проводили в 3-5 кратной повторности. Обработку и статистический анализ результатов осуществляли с использованием программ Microsoft Excel 2007 и Statistica 6.0. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

Анализ источников литературы, патентной, нормативной и технической документации по теме исследований

т -;-

Формулирование цели и задач исследований |- + _

Оценка технохимических и физиологических показателей качества зерна гречихи

♦ Разработка и обоснование режимов солодоращения зерна гречихи --z- - Разработка и обоснование режимов сушки гречишного солода

--------1__ Органолептический и физико-химический анализ качества гречишного солода - * ---

Разработка технологии и технологической схемы получения гречишного солода

*

Разработка технологии пива с использованием сухого гречишного солода

»

Органолептический и физико-химический анализ качества пива, полученного

с использованием гречишного солода *

Разработка технической документации на гречишный солод

и пиво «Гречишное светлое» *

Апробация в производственных условиях технологии получения гречишного солода и пива «Гречишное светлое» ♦

Оценка ожидаемого экономического эффекта от применения разработанных технологий получения и применения гречишного солода

Рисунок 1 - Структурная схема исследований 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Техиохимический и физиологический анализ зерна гречихи. В зерне гречихи восьми сортов селекции ПримНИИСХ РАСХН определяли содержание белка, крахмала (таблица 1), рутина, энергию и способность прорастания (рисунок 3), водочувствительность.

Таблица!-Содержание белка и крахмала в зерне гречихи урожая 2007 и 2009 гг.

Сорт гречихи Белок, % на СВ Крахмал, % на СВ

2007 г. 2009 г. 2007 г. 2009 г.

При 345 11,5±0,2 11,2±0,1 64,2±0,2 66,9±0,2

При 7 12,4±0,2 10,8±0,2 61,8±0,4 71,3±0,3

При 373 12,5±0,1 11,2±0,2 61,5±0,4 63,6±0,1

При 376 13,0±0,1 нет данных 60,3±0,3 нет данных

При 356 13,1±0,2 нет данных 59,8±0,3 нет данных

При 312 12,9±0,1 11,7±0,1 59,5±0,4 60,1±0,3

Изумруд 14,2±0,2 13,1 ±0,2 56,8±0,4 52,3±0,2

При 268 14,1±0,1 12,6±0,1 56,6±0,4 59±0,1

Содержание белковых веществ варьировало в пределах 11... 14°/^ крахмала - 52...71 % Выявлена линейная обратно пропорциональная зависимость между содержанием белка и крахмала в зерне исследованных сортов (рисунок 2)(коэффициенты корреляции 11=0,9860 для урожая 2007 г, 11=0,9541 для урожая 2009 г).

у = -7,1423х + 146,09

12 13 14

Содержание белка, % на СВ

11 12 13

Содержание белка, % на СВ

Рисунок 2 - Корреляционный анализ содержания белка и крахмала в сортах гречихи селекции ПримНИИСХ урожая 2007 (а) и 2009 (б) гг.

Минимальное содержание белка и максимальное крахмала отмечалось в зерне сорта При 345, что соответствует требованиям, предъявляемым к пивоваренному ячменю. Обратное соотношение этих веществ выявлено в зерне сорта Изумруд. Так как ячмень и гречиха существенно отличаются друг от друга по фракционному составу белков и соотношением компонентов зерна, для дальнейшего исследования были выбраны сорта с наиболее низким (При 345, При 373) и высоким (Изумруд) содержанием белка.

Поскольку гречиха единственная культура из зерновых в России, которая является источником биофлавоноида рутина, было исследовано его содержание в зерне гречихи, в том числе в процессе хранения. Концентра-

ция рутина в зерне разных сортов колебалась от 0,04 % до 0,08 %. Наибольшее содержание рутина отмечено в зерне сортов Изумруд и При 7, что превосходит значения многих сортов, возделываемых в других регионах ^еаётап е* а!, 2001; Уо^Шкоуа йа1,2012). Установлено, что в процессе хранения в течение трех лет его концентрация снижалось в среднем на 5...9%.

Важнейшими характеристиками пригодности зерна для солодоращения являются энергия и способность прорастания. Эти показатели определяли в разные периоды года у сортов При 345, При 373 и Изумруд. Наименьшие их значения были отмечены у высокобелковистого сорта Изумруд (рисунок 3).

90

□ Энергия прорастания □ Способность прорастания

Рисунок 3 - Энергия и способность прорастания зерна гречихи сортов При 345, При 373, Изумруд в течение года Также установлено, что у всех образцов гречихи энергия и способность прорастания была существенно ниже значений, нормируемых ГОСТ 5060-86 для пивоваренного ячменя. Однако при использовании методики ЕВС 3.6.2, в которой, в отличие от метода ГОСТ 10968-88, нет стадии нахождения зерен под слоем воды, энергия прорастания была существенно выше и составляла 99 % у сортов При 345 и При 373 и 95 % у сорта Изумруд, что удовлетворяло требованиям, предъявляемым к зерну для солодоращения. По-видимому, для определения этих показателей для зерна гречихи следует применять метод ЕВС.

Исследование водочувствительности показало, что зерно гречихи не является водочувствительным (сорт Изумруд - 16,8 %, сорта При 345 и 373 -20 % и 21 %, соответственно) и пригодно для солодоращения.

3.2 Определение оптимальных условий солодоращения зерна гречихи. При разработке эффективной технологии солодоращения необходимо подобрать такие условия, которые бы позволили за короткий период получить солод хорошего качества с высокой АС. Исследовали влияние температуры на изменение влажности (XV) зерна гречихи и его АС в процессе проращивания. Опыты проводили при 10 и 15 °С, использовали сорта При 345 и При 373. Динамика V/ и АС представлена на рисунке 4.

70 60 50 40 £ 30 20 10 О

фгЯрЯГ-

*- 10 °с

».....15 °С

100 Часы

70 60 50 40 -" 50 20 10 <! 0

ч-

—»- 10 °С .....*.....15 "С

350 300 Ц! 250 200 5 150

У 100

350 300 Ц 250

£ гоо

3 150

У 100

50 0

.#.....

Яг"

--•—10 "С ......».....15 °С

а

10*с

■.....15'С

100 Часы

100 Часы

б

Рисунок 4 - Изменение XV и АС (на СВ) у сортов гречихи При 345 (а) и При 373 (б) в процессе солодоращения при 10 °С и 15 °С Динамика поглощения воды была примерно одинакова при 10 °С и 15 °С. При этом отмечено резкое возрастание влажности зерна при мойке и дезинфекции, что позволяет исключить замачивание как отдельную технологическую операцию. Также при разных температурах у обоих сортов был схож характер нарастания АС. Однако температура оказывала влияние на время достижения максимума активности ферментов: при 15 "С верхний предел отмечался уже на четвертые сутки, а при 10 'С -только на седьмые. Поэтому для дальнейших исследований был выбран температурный режим 15 ЧС.

При исследовании влияния уровня XV проращиваемого зерна на его АС в первом варианте опыта зерно орошали до XV равной 35...36 %, во втором -42...45 % и далее контролировали этот параметр при проращивании в течение 6 суток. В третьем варианте зерно периодически орошали на протяжении всего опыта, не ограничивая накопление влаги (XV 56...58 %) (рисунок

5). Самый высокий уровень АС отмечался в зерне обоих сортов в третьем варианте опыта при неконтролируемом нарастании XV. При этом значения АС свежепроросшего солода гречихи соответствовали средним показателям для свежепроросшего ячменного солода (300...350 ед. \V-IC).

ЗГ

-Изумруд - При 345

280 аі5а

!Э0

б

-—

—Шум рул «—При 345

330

зет

**

і 2» э

-г 153

? 133 50 О

^-33 ■ -

- Изумруд -■<».....При 345

33 Часы 43

: І

'І—І

■ -♦-■Изумруд -«— При 345

' -Изумруд - При 345

50 Часы

Рисунок 5-Изменение АС в зерне гречихи в процессе солодоращения в зависимости от контролируемого уровня а-35...36 %, 6-42...45 %, в-56.,.58 %

Установлено, что во всех вариантах опыта высокий уровень АС достигался на третьи сутки. Этого времени достаточно для того, чтобы зерно накопило оптимальный уровень АС.

Визуально о степени проращивания гречихи можно судить по длине ростков (рисунок 6). При максимальном уровне АС (3 сутки проращивания) размер ростка соизмерим с размером зерна. Этот визуальный критерий можно использовать для определения момента завершения солодоращения гречихи.

1 сутки 2 сутки 3 сутки 4 сутки 5 сутки

Рисунок 6 - Изменение длины ростка зерна гречихи в процессе проращивания 33 Определение оптимальных режимов сушки гречишного солода.

Разрабатывая эффективную технологию сушки солода,стремились подобрать такие условия, при которых № ниже 5 % достигалась бы за короткий период времени при максимальной сохранности АС сухого солода. Свежепроросший

ГС сушили при различных контролируемых температурах-40, 50, 60 °С (рисунок 7). Более высокую температуру не использовали, так как в предварительных экспериментах было установлено, что при 70 °С потери АС достигали 40.. .45%3авершали процесс сушки солода при снижении его \У ниже 5%

20 30

часы

Рисунок 7 - Изменение XV, Д\\/ и АС (на СВ) у зерна гречихи сортов Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при различных температурах Как и ожидалось, более быстрое удаление влаги из солода происходило при более высокой температуре сушки. Высокий уровень АС сохранялся в солоде после высушивания при 50 и 60 °С,более низкий-при 40 °С. Учитывая продолжительность процесса и уровень АС высушенного солода, можно рекомендовать в качестве оптимального режима сушку при температуре 60 ЧС.

Впервые исследовали влияние скорости потока воздуха в сушильной камере (0,4 и 0,8 м/с) на изменение значений Ш и АС гречишного солода при различных температурах (50 и 60 °С) (рисунки 8 и 9).

Установлено, что время сушки значительно короче при скорости движения воздуха в сушильной камере 0,8 м/с, чем при 0,4 м/с и составляет 14 и 22 ч при 50 °С и 11 и 18 ч при 60 °С, соответственно. При этом при 50 °С АС была примерно на одном уровне, а при 60 °С значение АС при более высокой скорости было значительно ниже. Так, для сорта Изумруд этот показатель составил 196 ед. Ш-К при 0,8 м/с и 232 при 0,4 м/с, а для сорта При 373 - 211 и 245 ед. \¥-К, соответственно.

S 15 < tf

10 з? 20

1_л |

0 5 10 !< 20

J

•-0.4 u:c -O.Su/c

- "HI 4.J Lw |

10 IS 20 25

Рисунок 8 - Изменения W, A W и AC (на CB) в ГС сортов Изумруд (а) и При 373 (б)впроцессе сушки при 50°С при различной скорости воздушного

потока

^TL

Пг Г

-0.4 м/с -0.8 ы с

J^I_

ю

часы

0 5 10 15 20

ЧаСЫ часы часы

Рисунок 9 - Изменения V/, АШ и АС (на СВ) в ГС сортов Изумруд (а) и При 373 (б)впроцессе сушки при 60°С при различной скорости воздушного потока Таким образом, оптимальными условиями сушки ГС по сравнению с другими исследованными режимами являются температура 50 °С и скорость потока воздуха в сушильной камере 0,8 м/с, поскольку они обеспечивают высокий уровень АС (240...260 ед. \¥-К) при относительно короткой продолжительности процесса (14 ч).

Для повышения эффективности производства и снижения энергозатрат следует стремиться с одной стороны к сокращению продолжительности процесса сушки солода, с другой - к использованию невысоких температур. Для подбора оптимального режима сушки использовали метод математического моделирования (метод итераций). Независимые и зависимые параметры модели, а также уравнения их зависимости представлены в таблице 2.

Таблица 2 -Параметры сушки гречишного солода и уравнения их зависимости

Независимый параметр Зависимый параметр Уравнение зависимости

температура (Т, °С); продолжительность процесса час) амилолитическая активность (АС, ед. \У-К) АС = F(T, t)

скорость изменения АС (ДАС/ДО (AAC/At) = F(T, t)

влажность солода (\¥, %) W = F(T, t)

скорость убывания (ДШ/Д1) (ДW/At) = F(T, t)

отношение потери АС к уменьшению \¥ (ДАС/Д\\0 AAC/AW = F(T, t)

При постоянных независимых параметрах первые два уравнения хорошо описываются полиномиальной зависимостью 5 порядка, для которых определены коэффициенты корреляции (Я^и полиномиальной зависимости: АС = а*х5 + Ь*х4 + с*х3 + с1*х2 + е*х + Г (1), \¥ = а*х5 + Ь*х4 + с*х3 + с!*х2 + e*x + f (2).

Согласно модели, для процесса сушки важное значение имеет параметр ЛАС/Л\\'. Чем ниже этот параметр, тем эффективнее проходит процесс, так как большая скорость сушки сопровождается меньшей потерей АС в определенный отрезок времени. Параметр £ДАС/Д\¥, вычисляемый по формуле:

£ЛАС/Д\\' = 1 + ДАС/ДV/) (3), наоборот, характеризует сохранение активности амилолитических ферментов при потере влажности. Более высокие его значения соответствуют более эффективному процессу сушки солода. Зависимость этого параметра от времени сушки для солода из сортов Изумруд и При 373 представлена на рисунке 10.

I 12 H 16

І

І -2

ь

Рисунок 10 - Зависимость суммы отношения убыли АС от изменения У/ в процессе сушки солода из гречихи сортов Изумруд (а) и При 373 (б) Установлено, что для сортов гречихи Изумруд и При 373 получены различные отклики параметра £ ДАС/Д Для сорта Изумруд наиболее оптимальные отклики наблюдались при 50 °С. Для сорта При 373- оптимальный режим при 40 °С, а при ступенчатом изменении температур первые 5...6 часов при 50 °С, а далее до конца процесса - при 60 °С.

Данный вывод проверили в эксперименте со ступенчатым повышением температуры при различной скорости воздушного потока в сушильной камере (0,4,0,8, и 1,2 м/с). Сушку вели первые 6 часов при 50 °С, далее при 60 °С до снижения XVв солоде до 4%(рисунок 11). При этом, при самой высокой скорости воздухообмена сушка солода длилась 9 ч, но в этом случае потери АС были наиболее высоки (26 %); при средней скорости -12 ч, потери АС - 10 и 18 % у сорта Изумруд у и При 373, соответственно; при низкой скорости -16 ч, потери АС - 12 и 17 % для сорта Изумруд и При 373, соответственно.

60

}0

\ \\ \ Ч\ \ \Ч ...... —^—0,5 ц;с ~*-1.2ы.'с ¡5 30

г'20 < 10

0 4 8 часы 12 36 60 50

\ 'К \ -«-0.4 ц;с "#-0.5 ц'с ?40

ч ч\ ........^-ьЪ <20 10

О 4 8 12 16 0 4 8 12 16 о 4 8 Р 16

часы часы ,зсы

Рисунок 11 - Изменение XV, Д\¥ и АС (на СВ) солода сортов гречихи Изумруд (а) и При 373 (б) в процессе сушки при ступенчатом повышении температуры сушки 50-»60 °С и различной скорости воздушного потока Установлено, что высокая скорость удаления \У из солода при 1,2 м/с наблюдалась уже в первые часы сушки, при этом подъема АС не отмечалось. При более низких скоростях воздушного потока - 0,4 и 0,8 м/с, эти два процесса не совпадали во времени: прирост АС происходил через 4...5 ч, а максимальная скорость удаления - через 7...10 ч. Поэтому при ступенчатой сушке 50^60 °С наиболее эффективна скорость воздушного потока 0,8 м/с. В этих условиях АС гречишного солода соответствовала показателям для готового ячменного солода (240...260 ед. \¥-К).

Таким образом, результаты экспериментов и математической модели сушки ГС позволили определить оптимальный режим этого процесса: ступенчатая сушка 50 °С 6 ч, далее при 60 °С 6 ч при скорости воздушного пото-

ка 0,8 м/с. Общая продолжительность - 12 ч. Следует отметить, что во всех экспериментах уровень АС ГС сорта Изумруд был ниже, чем сорта При 373.

Потери СВ у зерна гречихи в процессе приготовления солода после удаления ростов составили около 3 %для обоих сортов, что существенно ниже по сравнению с результатами других авторов (\Vijngaard е1 а!., 2005; №с РЫага1Б е1 а1., 2006)Низкие значения потерь СВ при солодоращении обусловлены, по-видимому, коротким сроком проращивания и небольшой длиной ростков.

3.4 Исследование органолептических и физико-химических показателей гречишного солода. Для исследования органолептических и физико-химических показателей использовали солод из зерна гречихи сортов При 373 и Изумруд, прошедший предварительную отлежку в течение одного месяца. Полученный солод по внешнему виду был однородной зерновой массой от коричневого до темно-коричневого цвета. Обладал гречишным запахом, более концентрированным, чем у зерна. По вкусу был гречишным, без посторонних привкусов. Данные физико-химического анализа показали, что солод из зерна гречихи сорта При 373 был более высокого качества по сравнению с сортом Изумруд (таблица 3).

Таблица 3 - Физико-химические показатели солода из зерна гречихи

сортов При 373 и Изумруд

Показатель Значение

При 373 Изумруд

Влажность (%) 7,8 11,0

Экстрактивность (% на СВ) 23,7 17,5

Экстрактивность (% на СВ, гор. экстракция) 71.8 80,0

Содержание белка (% на СВ) 12,8 16,3

Число Кольбаха (%) 28,9 24,8

Свободный аминный азот (мг/100 мл) 96.0 нет данных

Содержание крахмала (%) 60,5 51,8

Амилолитическая активность (ед. \У-К) 265 240

Лабораторное сусло:

Цвет, см3 раствора йода концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3 воды 0,1 0,1

Кислотность, см3 раствора гидроокиси натрия концентрацией 1 моль/дм3 на 100 см3 сусла 0,7 0,9

РН 5,9 6.0

Прозрачность сусла прозрачное опалесцирующее

Продолжительность осахаривания, мин. не осахаривается

Следует отметить более низкую экстрактивность гречишного солода по сравнению с ячменным, повышенное содержание белка и XV, недорастворен-ность белковых соединений. Другие показатели, такие как АС, содержание крахмала, свободного аминного азота, цветность и кислотность сусла соответствовали общепринятым для ячменного солода критериям. По сравнению с солодом, полученным по другой технологии (N¡0 РЫагаэ е1 а1,2010), исследуемый отличался значительно более высоким значением АС-265 против 72 ед. \\Ч<, чуть более высоким числом Кольбаха и содержанием свободного аминного азота, более низким значением рН. Все это свидетельствует о более высоком качестве солода, полученного по разработанной технологии. Однако осахаривающая способность полученного ГС оказалась недостаточной, что отмечалось и другими авторами, и объясняется, главным образом, низкой активностью его Р-амилазы. Следует отметить низкое содержание глютена в ГС (менее 5 мг/кг), что позволяет отнести его к категории безглютеновой продукции и использовать для производства продуктов для больных целиакией.

3.5 Разработка технологии и технологической схемы приготовления гречишного солода. Учитывая все вышеуказанное, предложена технология гречишного солода, которая заключается в следующем:

- отсутствие замачивания как отдельной технологической операции;

- использование оросительного способа проращивания;

- температура проращивания - 15 °С;

- продолжительность проращивания - 3 суток;

- двухступенчатая сушка солода (50 °С6 часов, затем 60 °С6 часов;

- скорость воздушного потока в сушильной камере - 0,8 м/с;

- общая продолжительность процесса - не более 4-х суток.

Использование предложенной технологии позволяет на стадии проращивания гречихи достичь оптимального уровня активности амилолитиче-ских ферментов в течение достаточно короткого периода времени (3 суток), на стадии сушки добиться минимальных потерь АС гречишного солода, при этом время снижения влажности ГС до 4...5 %, не превышает 12 ч.

Технологическая схема приготовления гречишного солода представлена на рисунке 12.

Товарный солод

Рисунок 12 — Технологическая схема приготовления гречишного солода 3.6 Исследование возможности использования гречишного солода для изготовления пива. Для выявления оптимального соотношения в за-сыпи ГС и ячменного солода готовили восемь образцов заторов (таблица 4). Таблица 4 - Зависимость продолжительности осахаривания затора

от содержания гречишного солода в засыпи

Показатель ЬЬ_оЙЕазца Доля гречишного солода в засыпи, % 1 0 2 20 3 40 4 50 5 60 6 80 7 100 8і 100

Доля ячменного солода в засыпи, % 100 80 60 50 40 20 0 0

Время осахаривания, мин. 17 27 39 50 85 не осахарился 5

* — с добавлением ферментного препарата Бирзим Амил ХТ

На основании результатов этого эксперимента было решено для приготовления ячменно-гречишного пива использовать 50 % гречишного и 50 % ячменного солода. Для гречишного пива - 100 % ГС с добавлением при затирании ферментного препарата Бирзим Амил ХТ для полного осахаривания затора. Таким образом, готовили образцы пива трех видов: первый - с

использованием 100 % ячменного солода (ячменное пиво - контроль), второй - с заменой половины ячменного солода гречишным (ячменно-гречишное пиво), третий-с использованием 100% гречишного солода (гречишное пиво).

Полученные образцы пива анализировали по органолептическим и ф зико-химическим показателям (таблицы 5 и б). Таблица 5 - Органолептические показатели образцов пива

Наименование образца Прозрачность Цвет Вкус Хмелевая горечь Аромат Пенообра-зование Сумма баллов

Ячменное пиво 2,5 2,7 4,3 4,5 3,8 4,5 22,3

Ячменно-гречишное пиво 2,5 2,6 4,7 4,5 3,8 4,4 22,5

Гречишное пиво 2,5 2,5 4,9 4,7 4,0 4,4 23,0

Таблица 6 - Физико-химические показатели образцов пива

Показатели Пиво

светлое (ГОСТ Р 51174-2009) ячменное ячменно-гречишное гречишное

экстрактивность начального сусла, % 11,0

объемная доля спирта,% не менее 4,0 4,4 4,4 4,0

цвет, ед. ЕВС 3,4...31,0 20,3 19,5 18,5

рН 3,8...4,8 4,7 4,7 4,5

содержание диацетила, мг/л не нормируется нет 0,1 0,4

Результаты дегустационного анализа показали, что оба опытных образца по сумме баллов органолептических показателей превосходили контрольный и характеризовались сброженным солодовым ароматом с хмелевым оттенком, без посторонних запахов (рисунок 13). У гречишного пива во вкусе и аромате отмечался выраженный привкус и тон гречишного меда.

Сладкий

Медовый

Дрожжевой

Солодовый

Округлый

Кислый

Зерновой

Хмелевой

Сячменное С жчм е нно -гр ечишно е □гр ечшлное

лі еловый

а о

Рисунок 13 - Профилограммы вкуса (а) и аромата (б) образцов пива

По результатам проведенных исследований были разработаны СТО 9184-02067942-010-2012 «Солод гречишный светлый» и ТИ №011-2012 по его изготовлению. Технология гречишного солода апробирована и внедрена в количестве 150 кг в лаборатории процессов ферментации ДВФУ. Получен приоритет на предполагаемое изобретение «Способ получения гречишного светлого солода» № 2012138805 от 10.09.2012. Был разработан СТО 918480943448-003-2012 «Пиво гречишное светлое» и технологическая инструкция на его производство. Технология апробирована и внедрена в объеме 50 дал на пивоваренном заводе ООО «Дальневосточная пивоваренная компания». Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной технологии получения гречишного солода по сравнению с традиционной технологией с воздушно-водяным замачиванием составляет 3,4 руб. за 1 кг готовой продукции.

ВЫВОДЫ

1. Исследованы основные технохимические и физиологические показатели зерна гречихи восьми сортов селекции ПримНИИСХ РАСХН. Установлено, что содержание белковых веществ составляло 11... 14 %, крахмала -52...71 %. Выявлена обратно пропорциональная зависимость между содержаниями белка и крахмала (R 0,95...0,98 для различных годов произрастания). По результатам исследования для получения солода отобраны сорта гречихи с низким (При 345 и При 373) и высоким (Изумруд) содержанием белка.

Содержание рутина в зерне было 0,04...0,08 %. Снижение уровня рутина в процессе хранения зерна гречихи в течение трех лет не превышало 9 %.

Установлено, что энергия и способность прорастания зерна гречихи, определенная по методу ЕВС 3.6.2, удовлетворяет требованиям для зерна, предназначенного для получения солода, однако не соответствует нормам при использовании метода ГОСТ 10968-88.

2. Определены оптимальные условия солодоращения зерна гречихи. Характерными особенностями солодоращения явились: оросительный способ проращивания, отсутствие стадии замачивания, как отдельной технологической операции, влажность проращиваемого зерна 56...58 %, температура проращивания 15 °С, продолжительность - 3 суток.

3. Обоснован и разработан оптимальный режим сушки гречишного солода. Впервые исследовано влияние скорости воздушного потока на эффективность процесса сушки. Особенностью технологии явилась двухступенчатая сушка солода: 50 °С (6 ч)-»60 °С (6 ч) при скорости воздушного потока 0,8м/с.

4. Проведен анализ готового гречишного солода по органолептиче-ским и физико-химическим показателям. Готовый солод характеризовался высоким уровнем АС (240-260 ед. \У-К), удовлетворительным содержанием крахмала (60 %) и свободного аминного азота (96 мг/100 мл), оптимальным значением рН (5,9). По этим и другим показателям он превосходил образцы, полученные разными авторами по другим технологиям. Качество солода из зерна гречихи с низким содержанием белка (сорт При 373) было выше, чем из зерна с более высоким (сорт Изумруд). Содержание глютена в гречишном солоде было менее 5 мг/кг, что позволяет считать его безглютеновым сырьем и использовать при производстве продуктов питания для больных целиакией.

5. Разработана технология гречишного солода. Технологическая схема включает: оросительный способ проращивания при 15 °С в течении 3-х суток при влажности зерна 56...58 %, двухступенчатую сушку солода в течение 12 ч. При использовании данной технологии доля потерь сухих веществ солода не превышает 3%,что существенно ниже, чем при других технологиях.

6. Показана возможность использования полученного гречишного солода. Впервые разработаны рецептуры гречишного пива (100 % гречишного солода в засыпи) с добавлением ферментного препарата Бирзим Амил ХТ, а также ячменно-гречишного (50 % ячменного и 50 % гречишного солода) без использования фермента.

7. Установлено, что образцы гречишного и ячменно-гречишного пива имеют высокую дегустационную оценку и по физико-химическим показателям соответствуют требованиям ГОСТ Р 51174-2009 «Пиво. Общие технические условия» для светлого пива.

8. Разработана и утверждена техническая документация на гречишный солод (СТО 9184-02067942-010-2012 «Солод гречишный светлый», ТИ № 011-2012 по его изготовлению) и гречишное пиво (СТО 9184-80943448-003-

2012 «Пиво гречишное светлое» и ТИ на его производство). Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение «Способ получения гречишного светлого солода».

9. Технология гречишного солода апробирована и внедрена в лаборатории процессов ферментации ДВФУ, технология гречишного пива на пивоваренном заводе ООО «Дальневосточная пивоваренная компания».

10. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от использования разработанной технологии получения гречишного солода, который составляет 3,4 руб./кг готовой продукции.

Список публикаций по теме диссертации

1. Троценко A.C. Проблемы и перспективы использования гречихи в пищевой биотехнологии / A.C. Троценко, Т.В. Танашкина, В.П. Корчагин, А.Г. Клыков // Вестник Тихоокеанского государственного экономического университета. Вл-к.: -2010.-№2,- С. 104-116.

2. Троценко A.C. Особенности технологии свежепроросшего гречишного солоду/A.C. Троценко, Т.В. Танашкина, В.П. Корчагин, A.A. Медведева, А.Г. Клыков // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2012. -№ 4. - С. 10-13.

3. Троценко A.C. Влияние режимов сушки на амилолитическую активность гречишного солода / A.C. Троценко, Т.В. Танашкина, В.П. Корчагин, Ю.В. Приходь-ко, А.Г. Клыков // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2012. - № 5. - С. 34-37.

4. Троценко A.C. Зерно гречихи как перспективное сырье для напитков брожения / A.C. Троценко, В.П. Корчагин, Т.В. Танашкина, А.Г. Клыков, Ю.В. Приходько // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. Сб. матер. IV Межд. науч.-технич. конф. - СПб.: Изд-во СПбГУНиПТ, 2009. - С. 376-378.

5. Троценко A.C. Использование гречихи для производства напитков брожения / A.C. Троценко, В.П. Корчагин, Т.В. Танашкина, А.Г. Клыков // Актуальные проблемы технологии живых систем. Тез. докл. III Межд. науч.-технич. конф. молод, уч. - Вл.-к.: Изд-во ТГЭУ, 2009. - С. 49-52.

6. Троценко A.C. Коррекция состояния здоровья больных целиакией с использованием продуктов на основе гречишного солода / АС. Троценко, ВП. Корчагин, ТВ. Танашкина, АГ. Клыков//Функциональное состояние и здоровье человека. Сб. матер. III Всерос. науч.-практич. конф. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2010. - С. 124-126.

7. Троценко A.C. Характеристика приморских сортов гречихи как сырья, пригодного для солодоращения / A.C. Троценко, В.П. Корчагин, Т.В. Танашкина, A.A. Медведева, А.Г. Клыков // Инновации, экобезопасность, техника и технологии в

переработке сельскохозяйственной продукции. Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. с межд. участием.-Уфа: Изд-во БГАУ, 2010.-С. 210-212.

8. Троценко A.C. Изменение амилолитической активности при солодоращении разных сортов гречихи / A.C. Троценко, Т.В. Тапашкина, В.П. Корчагин, A.A. Медведева, А.Г. Клыков // Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания. Сб. докл. Межд. конф. с элементами научной школы для молодежи - Вл-к.: Изд-во ТГЭУ, 2010.-С.210-214.

9. Троценко A.C. Влияние режимов сушки на скорость удаления влаги и сохранение амилолитической активности гречишного солода / A.C. Троценко, Т.В. Танашкина, В.П. Корчагин // Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания. Сб. матер. V Межд. науч.-практич: конф. - Челябинск: Изд-во: ЮУрГУ, 2011-Т.2.-С. 70-73.

10. Троценко A.C. Исследование оптимального режима сушки гречишного солода методом математического моделирования / A.C. Троценко, В.П. Корчагин, Т.В Танашкина // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. Сб. матер. V Межд. науч.-технич. конф. - СПб.: Изд-во СПбГУНиПТ, 2011.-С 407-409.

11. Танашкина Т.В. Гречишный солод - новое сырье для безглютеновых продуктов питания / Т.В. Танашкина, A.A. Семенюта, A.C. Троценко, В.П. Корчагин, А. Г. Клыков // Сб. матер. I Межд. конгресса «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» в 2 ч. - М.: ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», 2011. -Ч. 2.-С. 137-140.

12. Танашкина Т.В. Безглютеновые продукты питания на основе гречишного солода / Т.В. Танашкина, A.C. Троценко, A.A. Семенюта, В.П. Корчагин // Перспективные направления технологий биомедицины. Тез. докл. Межд. конф. - Вл-к, 2012. [Электронный ресурс]. - режим доступа: http:// dvfu.ru, свободный. - Загл. с экрана.

Подписано в печать 18.11.13. Формат 60X84 1/16 Усл.-печ.л. 1,4. Уч.-изд.л. 1,5 Тираж 120 экз. Заказ № 201 Отпечатано в типографии ИП Г.И.Якунин, г. Находка, Находкинский пр-кт, 44Г

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет»

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГРЕЧИШНОГО СОЛОДА

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции и виноградарства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент Танашкина Т.В.

Владивосток -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 Современные тенденции производства солода в мире и России 8

1.2 Технология производства солода 10

1.3 Виды солодов 17

1.4 Характеристика гречихи как сырья для получения солода 27

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 53

2.1 Объекты исследований 53

2.2 Методы исследований 55

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 72

3.1 Исследование технохимических и физиологических показателей

качества зерна гречихи 72

3.2 Определение оптимальных условий солодоращения зерна гречихи 84

3.3 Определение оптимальных режимов сушки гречишного солода 93

3.4 Исследование органолептических и физико-химических показателей готового гречишного солода 109

3.5 Разработка технологии и технологической схемы получения

гречишного солода 115

3.6 Исследование возможности использования гречишного солода для изготовления пива 116

3.7 Разработка технической документации но производству гречишного солода и пива и апробация предложенных технологий 128

3.8 Оценка экономического эффекта от применения разработанных технологий 128 ВЫВОДЫ 133 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 135 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 136 ПРИЛОЖЕНИЕ 152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Гречиха - традиционная сельскохозяйственная культура, выращиваемая в России, которая используется преимущественно для изготовления гречневой крупы и муки - ценнейших продуктов питания. Зерно гречихи характеризуется исключительными пищевыми и диетическими достоинствами: биологическая ценность ее белка близка к эталонному, высоко содержание биофлавоноидов, в том числе рутина, витаминов группы В, макро- и микроэлементов, таких как фосфор, железо, медь и др. Особенностью белкового состава является почти полное отсутствие глютена [1, 44, 110, 113, 120, 125]. Все эти несомненные преимущества гречихи, по сравнению с зерном других культур, позволяют использовать ее в диетическом питании [59, 132, 133].

Известно, что солод по сравнению с зерном содержит значительно больше витаминов, свободных аминокислот, низкомолекулярных углеводов и др. полезных веществ. Применение гречишного солода позволило бы обогащать продукты питания биологически активными веществами, повышать пищевую и биологическую ценности продуктов, разнообразить их ассортимент, а также могло бы расширить диету больных целиакией (глютеновой непереносимостью). Однако солод из гречихи в промышленных масштабах пока не производится. Это связано, в первую очередь, с отсутствием эффективной технологии его получения.

Несмотря на то, что в последние годы опубликованы работы отечественных [11, 40, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 79] и зарубежных [116, 121, 122, 128, 143, 144, 147, 151, 159, 160, 161, 168] ученых, посвященные исследованию возможности получения солода из гречихи и использованию его в производстве хлебобулочных изделий и напитков брожения (пиво, квас), ряд вопросов остается не изученным.

В данных работах недостаточно исследованы способы замачивания зерна гречихи при солодоращении. Не в полной мере изучены технологические параметры сушки гречишного солода. Не учтены сортовые особенности гречихи

при получении солода. В связи с этим исследования по разработке эффективной технологии гречишного солода являются актуальными.

Актуальность работы подтверждена включением ее в программу НИР в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Новые технологии продуктов питания направленного действия на основе комплексной переработки морского, сельскохозяйственного и дикорастущего сырья» (государственный контракт № 02.740.11.0740 от 12.04.2010).

Цель работы: научно-практическое обоснование и разработка технологии гречишного солода.

Задачи исследований:

- исследовать технохимические и физиологические показатели зерна гречихи различных сортов селекции ПримНИИСХ РАСХН (содержание белка и крахмала, а также рутина, энергия и способность прорастания в разные периоды года, степень водочувствительности);

- определить оптимальные условия солодоращения для получения све-жепроросшего гречишного солода с высокой амилолитической активностью;

- определить оптимальные режимы сушки гречишного солода;

- исследовать органолептические и физико-химические показатели гречишного солода;

- разработать технологию и технологическую схему получения гречишного солода;

- исследовать возможность использования гречишного солода для изготовления пива;

- определить органолептические и физико-химические показатели пива с использованием гречишного солода;

-разработать техническую документацию на гречишный солод и пиво;

- апробировать технологии гречишного солода и пива в производственных условиях;

- оценить экономический эффект от применения разработанных технологий.

Научная новизна. Научно обоснована и разработана технология получения гречишного солода с использованием приморских сортов гречихи селекции ПримНИИСХ РАСХН. Впервые использован оросительный способ проращивания зерна гречихи. Установлена зависимость амилолитической активности (АС) свежепроросшего солода гречихи от степени замачивания зерна, температуры и продолжительности проращивания при данном способе солодоращения. Выявлена зависимость уровня АС гречишного солода от скорости удаления влаги и температурного режима сушки. Впервые обосновано влияние скорости воздушного потока в сушильной камере на продолжительность сушки и АС гречишного солода. Получена математическая модель, описывающая зависимость изменения влажности и АС гречишного солода от продолжительности и температуры сушки, которая подтверждена экспериментально. Впервые выявлена зависимость качества гречишного солода от сортовых особенностей гречихи. Впервые доказано отсутствие глютена в солоде, полученном из зерна приморских сортов гречихи.

Практическая значимость. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований была разработана технология гречишного солода, а также показана возможность его использования для изготовления светлого гречишного (100 % гречишного солода в засыпи) и светлого ячменно-гречишного (50 % ячменного и 50 % гречишного солодов) пива. Внедрение в практику результатов этих исследований позволяют расширить возможности использования районированных сортов гречихи.

Разработана и утверждена техническая документация на гречишный солод (СТО 9184-02067942-010-2012 «Солод гречишный светлый» (приложение 1), ТИ № 011-2012 на его производство (приложение 2)) и гречишное пиво (СТО 9184-80943448-003-2012 «Пиво гречишное светлое» (приложение 3), ТИ на его производство (приложение 4)). Разработанная технология гречишного солода апробирована в лаборатории процессов ферментации Дальневосточного федерального университета, в результате чего была получена опытная партия гречишного солода (приложение 5). На базе пивоваренного завода ООО «Даль-

невосточная пивоваренная компания» выпущена опытная партия пива «Гречишное светлое» (приложение 6).

Результаты научных исследований по теме диссертации используются при чтении лекций и проведении практических занятий для студентов Дальневосточного федерального университета, обучающихся по специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» (дисциплины «Химия отрасли» и «Технологии отрасли») (приложение 7).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на III Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (г. Владивосток, 2009 г.); на IV и V Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (г. Санкт-Петербург, 2009, 2011 гг.); на III Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (г. Ростов-на-Дону, 2010 г.); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновации, экобезопасность, техника и технологии в переработке сельскохозяйственной продукции» (г. Уфа, 2010 г.); на Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания» (г. Владивосток, 2010 г.); на V Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2011 г.); на XV Специализированной выставке «Дальагропродовольствие» (г. Владивосток, 2011 г.); V и VI Биотехнологической выставке-ярмарке «РосБиоТех» (г. Москва, 2011, 2012 гг.) - получены золотые медали и дипломы (приложения 8, 9); на Всероссийском открытом конкурсе-выставке научно-технического конкурса молодежи для молодых ученых "Исследователь будущего" (г. Владивосток, 2011 г.) - получен сертификат победителя; на I Международном конгрессе «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» (г. Москва, 2011 г.); на ежегодной отчетной сессии ДВО РАСХН (г. Уссу-

рийск, 2012 г.); на V Международной ярмарке инноваций, эко-идей, продуктов и технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности Agra ARCA-2012 (Хорватия, г. Слатина, 2012 г.) — получен диплом (приложение 10); на IV Харбинской международной выставке научно-технических достижений (Китай, г. Харбин, 2012 г.), на Международной конференции «Перспективные направления технологий биомедицины» (г. Владивосток, 2012 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение «Способ получения гречишного светлого солода» (приоритет № 2012138805 от 10.09.2012) (приложение 11).

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Современные тенденции производства солода в мире и России

За последние 20 лет объемы пива, производимого в России, увеличились в 3 раза. Это стало возможным за счет качественного роста в техническом развитии отечественной пивоваренной отрасли: внедрение новых технологий, а также оснащение предприятий современным технологическим оборудованием

[3,41].

На сегодняшний день российский пивоваренный рынок стал одним из крупнейших в мире но объему производства пива. Так в 2011 году по этому показателю Россия заняла четвертое место - 98,14 млн. гл, что составило 5,1 % от общемирового производства [82, 91].

В свою очередь увеличение объемов производства пива потребовало создания новых мощностей по производству солода. За последние годы сделан значительный скачок в обеспечении отрасли отечественным солодом. Так, если в 2000...2001 гг. обеспеченность пивоваренной отрасли солодом российского производства не превышала 40 %, то в 2010 г. она составила 61 % [14]. Производство солода выросло с 357 тыс. т в год в 2000 г. до 955 тыс. т в год в 2011 г., то есть увеличилось более чем в 2,5 раза (рисунок 1.1).

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

2000 2006 200/ 2008 2009 2010 2011

Рисунок 1.1 - Производство солода в Росии (тыс. тонн) [48, 79, 91]

Таким образом, на сегодняшний день Россия входит в список крупнейших стран-производителей солода (рисунок 1.2). Возглавляет список Китай —

13 % от мирового производства, на втором месте Германия - 12 %, третье место делят США и Франция - 10 % [119].

Рисунок 1.2 - Крупнейшие страны-производители солода [119]

Однако, не смотря на большие объемы производства солода, отечественные солодовенные предприятия не справляются с удовлетворением спроса на сырье вследствие дефицита отечественного пивоваренного ячменя. Ежегодная потребность для России в пивоваренном ячмене составляет около 1,8 млн. т [ 13, 48], которая покрывается импортными поставками. В 20И году основными странами-экспортерами были Аргентина (96,7 тыс. т), Дания (89,9 тыс. т) и Франция (46,6 тыс. т) [14].

Таким образом, состояние и перспективы развития российского рынка солода и пивоваренного ячменя определяются динамикой и тенденциями спроса предприятий пивоваренной отрасли, состоянием производственной базы по выпуску данных видов продукции, производственной и инвестиционной активностью отечественных и зарубежных поставщиков [48].

Одним из способов удовлетворения потребности в отечественном солоде для пивоваренной промышленности можно считать использование помимо ячменя других зерновых культур, которые возделываются в России, таких как пшеница, рожь, овес, тритикале, гречиха и др. Это позволило бы также значительно увеличить и ассортимент выпускаемой продукции.

На сегодняшний день в России для производства пива наряду с ячменным солодом используется пшеничный, импорт которого составляет около 2 тыс. т в год. Другие виды солодов по-прежнему остаются непопулярными [101].

1.2 Технология производства солода

Солод - это зерно, искусственно пророщенное и высушенное в определенных условиях. В процессе солодоращения в зерне протекают сложные биохимические процессы, в результате которых синтезируются и активируются ферменты, а также изменяются и образуются новые компоненты зерна [8, 62, 70, 76].

В основном солод применяется для приготовления напитков брожения, таких как пиво и квас, где он используется либо в качестве единственного зернового сырья, либо в смеси с несоложеными продуктами (кукуруза, ячмень, рис, овес, сахар) [9, 43, 51, 54, 62, 75,111, 154, 155, 166].

В производстве солода выделяются следующие технологические стадии:

- очистка и сортировка зерна;

- мойка и замачивание зерна;

- проращивание (солодоращение) зерна;

- сушка свежепроросшего солода;

- отделение от солода ростков;

- отлежка и хранение солода [76, 100].

Общая схема производства солода представлена на рисунке 1.3.

В результате очистки из основной культуры выделяются минеральные, органические, металлические и зерновые примеси, а также семена дикорастущих растений. После очистки зерно проходит сортировку в зависимости от его размеров. Необходимость сортировки обусловлена тем, что зерна различного размера обладают различной способностью поглощать влагу. Мелкие зерна интенсивнее накапливают влагу и в дальнейшем при солодоращении развиваются быстрее, чем крупные [76].

Товарный солод Рисунок 1.3 — Общая схема производства солода [100]

Технологическими целями мойки зерна являются удаление легких примесей и загрязнений с поверхности зерна, а также его дезинфекция, при этом происходит предварительное увлажнение зерна до влажности 25.. .30 % [62, 75].

Во время его дальнейшего увлажнения до 43...48 % в процессе замачивания в зерне начинают активизироваться жизненные процессы. Появившаяся в зерне свободная вегетационная влага обеспечивает активацию ферментов, которые проникают в эндосперм и переводят нерастворимые вещества зерна в растворимые и легко усвояемые зародышем. В результате активации ферментов в зерне ускоряются биохимические процессы, особенно его дыхание [76].

Для каждого вида зерна степень замачивания различна. Например, рожь и просо замачивают до влажности 40...46 % [86, 167], ячмень и овес — 44...45 %

[62, 98, 121, 122]. Также степень замачивания зависит от типа получаемого солода. Для приготовления светлого солода необходимая влажность (W) в зерне должна составлять 42.. .45 %, темного - 45.. .47 % [75,100].

В зависимости от физиологического состояния зерна, а также от поставленных инженерных задач процесс замачивания может осуществляться одним из следующих способов:

1. Воздушно-водяное замачивание, при котором зерно попеременно находится то под водой при аэрировании в течение 10... 15 мин. каждые 1...2 часа, то без воды. Продолжительность замачивания до достижения необходимого уровня влажности составляет 60.. .70 ч. Данный способ является традиционным для замачивания ячменя и большинства других культур [62, 76, 100].

2. Оросительное замачивание, при котором зерно непрерывно орошается водой и аэрируется кондиционированным воздухом. Такая технология замачивания предполагает высокую степень очистки зерна. Продолжительность процесса составляет около 48 часов [76, 99, 100].

3. Воздушно-оросительное замачивание, при котором орошение зерна водой чередуется продолжительными воздушными паузами, во время которых осуществляется аэрирование [62, 99].

4. Замачивание в непрерывном потоке воды и воздуха, при котором в аппарат непрерывно подается насыщенная воздухом вода [100].

Технологическими целями солодоращения являются:

- биосинтез и активация ферментов в зерне;

- биотрансформация веществ в зерне в результате каталитического действия ферментов [8, 76, 104].

Для получения солода проращи