§ 16.1. Сировина для виробництва солоду

Найбільш поширеною сировиною для виробництва солоду є ячмінь. Ячмінний солод широко використовують у пивоварін­ні, виробництві солодових екстрактів, замінників кави, багатьох дієтичних продуктів тощо. Такого поширення в технології хар­чових продуктів ячмінь набув завдяки своєму багатому складу. В його зерні міститься білок, крохмаль, некрохмальні поліса­хариди, мікро- та макроелементи, незамінні амінокислоти, віта­міни. Під час перероблення на солод якість ячменю як сировини для продуктів лікувально-профілактичного призначення іс­тотно зростає. Збільшується вміст розчинних та легкозасвоюва­них продуктів гідролізу білків та вуглеводів, нагромаджується ферментативна активність.

Ефективність технології солоду значною мірою залежить від якості вихідної сировини — ячменю. Тому до цієї культури висувають особливі вимоги, вироблені багаторічною практикою і найновішими науковими досягненнями.

Із зовнішніх ознак зерна ячменю слід брати до уваги форму зерна, запах, колір, забрудненість сторонніми домішками та за­раженість шкідниками. Форма зерна є стійкою сортовою озна­кою. Еліптична або овальна сприяє рівномірному розподілен­ню запасних речовин по всій довжині зерна, більш швидкому і якісному їх розчиненню під час солодорощення. Свіжість яч­меню визначають за його запахом, який повинен бути слабким і нагадувати запах свіжої соломи без затхлого, солодового або іншого стороннього включення, що здебільшого свідчить про псування зерна. У культурі зустрічається ячмінь із найрізнома­нітнішими кольорами оболонок, проте для технологічних цілей потрібне зерно світло-жовтого кольору. Забарвлення повинне бути рівномірним у всіх частинах зерна та зі здоровим натураль­ним блиском. На колір оболонок впливають не лише сортові особливості, але й кліматичні умови, технологія збирання. За свіжістю забарвлення оболонок, відсутністю або, навпаки, на­явності змін у їх звичайному кольорі роблять висновки про якість ячменю як сировини. Потемніла оболонка зазвичай свідчить про несприятливі умови під час збирання урожаю, про захво­рювання або пошкодження зерна. Із такого зерна неможливо отримати якісний солод, а витрати на його виробництво значно збільшуються. За даними державного стандарту, вміст сторон­ніх домішок допускається не більше 1% для зерна 1 класу, та 2% для 2, а зернових домішок — не більше 3% і 5% для 1 та 2 класу відповідно. Ячмінь, призначений для перероблення на солод, не повинен містити зернових шкідників ні живих, ні мертвих, а зараженість зернових кліщем не повинна переви­щувати 1 ступеня, тобто 1-20 кліщів на 1 кг зерна.

Проте, найважливішим показником є висока здатність зер­на до проростання, яка повинна становити 90-95%. За низької здатності до проростання в процесі пророщування зерна розви­вається пліснява, а це призводить до погіршення смаку солоду та продуктів, які з нього виробляють.

Із хімічних показників найважливішим є екстрактивність ячменю. Цей показник прямо пов’язаний із виходом тих речо­вин, на основі яких формується склад сусла. Екстрактивність залежить здебільшого від умісту в зерні крохмалю, проте й від інших екстрактивних речовин, зокрема розчинних білків. Уміст крохмалю в пивоварних сортах ячменю повинен бути не нижчим за 60-64%, що відповідає екстрактивності 78-82% СР. Уміст білка в пивоварних сортах ячменю не повинен перевищувати 9-11%. Загальноприйнятою є думка, що зі збільшенням у зер­ні білка, екстрактивність його зменшується.

Важливим показником якості ячменю є розмір та вирівня- ність їх зерен. Велике за розміром зерно містить більше тих ре­човин, які при затиранні перейдуть у сусло, а вирівняність зер­на полегшує солодування. Невирівняний ячмінь нерівномірно насичується вологою при замочуванні, нерівномірно пророс­тає, при солодуванні більше гріється, розщеплення крохмалю в ньому нерівномірне.

Вихід екстрактивних речовин залежить також від розміру плівок. Це важливий показник для технологічних сортів ячме­ню: що менша оболонка, то більшого виходу екстракту можна очікувати від ячменю. Крім того, оболонки містять дубильні і поліфенольні речовини, які знижують стійкість продуктів, ви­роблених із ячмінного солоду.

Якість зерна ячменю (та й інших культур) залежить не тіль­ки від сортових ознак, а й від погодно-кліматичних умов. Бага­то дослідників у своїх роботах відзначають зміну якості ячменю при зміні погодно-кліматичних умов. У посушливих районах ячмінь має товсті оболонки, дрібне, невирівняне зерно з низькою екстрактивністю. При солодуванні таке зерно погано розпушу­ється, довго оцукрюється та має низький уміст борошна в гру­бому помелі. Уміст білка в таких умовах значно перевищує до­пустиму норму. Особливо інтенсивно нагромаджується білок в період наливу колоса, тому засуха в цей період особливо згуб­на для якості ячменю. Унаслідок засухи знижується його фер­ментативна активність. Якщо в період дозрівання ячменю упродовж кількох днів була суха вітряна погода, уміст вологи в колосі та ендоспермі такого зерна помітно знижується, що ускладнює розчинення зерна під час солодування.

Негативно впливає на якість ячменю і велика кількість осадів під час вегетації, оскільки це призводить до збільшення вегета­тивної маси ячменю і до поглинання колосся. До того ж, біохі­мічні процеси і фізіологічний розвиток зерна відрізняється від оптимальних. Якщо на початку розвитку рослина відчула не­достатність вологи, а під час дозрівання кількість осадів різко збільшиться, тобто у рослин не вистачає часу дозріти до кінця збирання врожаю і під час обмолоту недозрілі зерна переміщу­ють із основною масою зерна. Недозрілі зерна під час сортуван­ня не вдається відокремити і при замочуванні такий ячмінь нерівномірно поглинає воду, недружно накльовується, утворює довгі проростки («гусари») і передчасно підсихає. Солод із тако­го ячменю має низьку здатність до пророщування, корінці роз­виваються нерівномірно, ендосперм розчиняється неповністю.

За погодно-кліматичними умовами Україну поділяють на 4 зони: Полісся, Лісостеп, Степ чорноземний, Сухий степ. До зони Полісся належать Чернігівська, Житомирська, Ровенсь- ка, Волинська, Львівська, Івано-Франківська, Закарпатська, частково Київська і Сумська області. Для цієї зони характер­ним є м’який вологий клімат. Річна кількість опадів становить 550-625 мм, а для крайніх південно-західних районів — 700-740 мм.

До Лісостепу належать Полтавська, Тернопільська, Хмель­ницька, Черкаська, Вінницька, Чернігівська, Київська і Сумсь­ка області та основна частина Харківської області. На заході

Лісостепу річна кількість опадів становить у середньому 550 мм, у центральній частині — 480-550 мм, у східній — 430-480 мм. Більш як 60-70% опадів випадає в теплий період року. Літо в Лісостепу за температурними умовами досить сприятливе. Проте, в окремі роки в південно-східній частинах бувають не­тривалі суховії з високими температурами і часто сильними віт­рами, які переходять у пилові або чорні бурі.

Степ чорноземний, або центральний — це Дніпропетровська, донецька, Запорізька, Кіровоградська, Луганська, Миколаївсь­ка, Одеська і частково Кримська області. Клімат Степу чорно­земного дещо посушливий. Дефіцит атмосферної вологи зростає в південному напрямі. У північних і центральних районах чор­ноземного Степу опади у середньому становлять 425-500 мм, у південних — 310-432 мм.

Сухий степ займає полосу завширшки від 5 до 150 км по уз­бережжю Чорного і Азовського морів і озера Сиваш у межах південно-східних районів Одеської, південних районів Кримсь­кої областей. За кліматичними умовами вона вирізняється тепло­вими ресурсами і найбільшою посушливістю. Річна сума опадів становить 330-360 мм.

Відрізняють погодно-кліматичні зони і за складом ґрунтів. У Поліссі 70% всіх площ становлять височини, на яких дерново- підзолисті ґрунти, у долинах — дерново-глейові та болотисті. Більшість дерново-підзолистих ґрунтів є слабопідзолистими. Ці ґрунти мають високу водопроникність і дуже низьку вологоза- тримувальну здатність. Це малогумусні ґрунти, уміст гумусу становить 0,5-1,3%. Для підвищення врожайності на цих ґрун­тах, необхідно застосовувати органічні та мінеральні добрива, висівати люпин і конюшину. У Лісостепу ґрунти — це пере­важно чорноземи глибокі, чорноземи опідзолені, темно-сірі і сірі опідзолені. Для підвищення урожайності цих ґрунтів необхід­но збільшувати в них запаси органічних речовин і зберігати структуру чорноземів. Степ чорноземний (центральний), за ви­нятком гігроморфних ділянок, увесь чорноземний. Рельєф міс­цевості — переважно широкохвильова рівнина. Залежно від умісту атмосферної вологи її поділяють на дві підзони: пів­нічно-степову зі звичайними чорноземами і південно-степову з південними чорноземами. Уміст гумусу в північній і централь­ній підзонах — 5-6%, а в південній — 4,5%. Для підвищення врожайності сільськогосподарських культур велике значення має правильне застосування добрив і зрошення, сівозміни і об­роблення ґрунту.

Сухий степ має рівнинний рельєф. Ґрунтоутворювальні поро­ди, глинисті і суглинкові льоси, засолені з глибини 1-2 м водо­розчинними солями і загіпсовані. Ґрунти — темно-каштанові, гумусний покрив — 50-60 см, уміст гумусу — більш як 3% . На узбережжі Сивашу та Чорного моря вони дуже засолені. Ґрун­ти — темно-каштанові солонцюваті і солонці. Уміст гумусу — 1,5-2,5%. Основні проблеми землеробства Сухого степу — бо­ротьба з посухою, пиловими бурями і розроблення способів підвищення врожайності малопродуктивних ґрунтів, солонців і засолених ґрунтів. Урожайність каштанових і темно-кашта­нових ґрунтів значно підвищується при зрошуванні.

Найсприятливіші умови для вирощування пивоварного яч­меню є в зоні Лісостепу.

Інтенсифікація сільськогосподарського виробництва теж значною мірою впливає на якість сировини. Найбільші зміни в якості зерна відбуваються під впливом мінеральних добрив, а також при використанні гербіцидних препаратів. За недо­статнього забезпечення азотом рослини погано пустяться, фор­мують слабкий асиміляційний апарат, без високого розвитку якого неможливо отримати високий урожай. Негативно впли­ває на розвиток та урожайність рослин і надлишкове азотне під­живлення, оскільки воно сприяє посиленому росту вегетативної маси, формуванню високорослих стеблин зі слабкою соломи­ною та схильністю до поглинання. На фоні надлишкового азот­ного підживлення затримується дозрівання, формується зерно з підвищеним умістом білка, непропорційно розвиненим зарод­ком і ендоспермом. Змінені тканини рослин сильніше вражають­ся хворобами і шкідниками. Найбільш ефективним є підживлен­ня азотними добривами посівів на ґрунтах, бідних органічними сполуками та з низьким умістом гумусу. Внесення азотних добрив на таких ґрунтах у дозах 50-60 кг/га значно підвищує врожайність, не впливаючи на пивоварні якості ячменю. Про­те ефективність азотних добрив висока тільки за великої кіль­кості опадів. У посушливі роки врожайність зростає незначно, а вміст білка — до 13-16% СР.

Що пізніше і в більшій кількості вносять азот без заорюван­ня, то більш високим буде вміст білка в зерні. Азотні добрива слід вносити на фоні досить високих фосфорних і калійних доб­рив. За недостатнього внесення фосфору і калію високі дози азоту ведуть до різкого зниження пивоварних якостей ячменю. Недостатня кількість фосфору затримує ріст коренів, негативно впливає на продуктивність колоса, знижує стійкість до хвороб.

Але фосфорні добрива необхідно вносити у ґрунт у комплексі з азотними і калійними.

Необхідним при вирощуванні ячменю є внесення калійних добрив. Калій підвищує масу 1 000 зерен, уміст крохмалю, екст­рактивність, тому в країнах, які виробляють високоякісний пивоварний ячмінь, вносять великі дози калійних добрив — 100-160 кг/га. Ці дози не підвищують урожайність ячменю, але сприяють отриманню пивоварного ячменю відмінної якості.

Оптимальним для високих урожаїв пивоварного ячменю високої якості є використання збалансованого підживлення рос­лин. Якщо не дотримуватися збалансованості у кількості вне­сених у ґрунт добрив, то великі дози азоту ведуть до збільшен­ня вмісту білка в ячмені, до зміни амінокислотного складу та співвідношення різних фракцій білка: альбумінів, глютелінів і проламінів.

Накопичення білка в зерні залежить не тільки від кількості внесених азотних добрив, а й від сортових особливостей ячме­ню. Установлено, що деякі сорти ячменю краще асимілюють азот, який міститься у ґрунті, завдяки посиленню біохімічних і метаболічних процесів, що в результаті сприяє зниженню вмісту білка в зерні.

Таким чином, своєчасне і збалансоване внесення мінераль­них добрив веде до підвищення врожайності та якості пивовар­ного ячменю.

Для перероблення на пивоварний солод ячмінь з умістом білка 9-11% СН. Солод, виготовлений із такого ячменю, дає значну кількість екстрактивних речовин при затиранні та за­безпечує повноцінний біохімічний склад сусла. Під час солоду- вання в ньому нагромаджується достатня кількість редукторів (відновлювальних речовин), уміст яких є важливим для повно­ти смаку і стабільності пива. Зі збільшенням умісту білкових речовин у ячмені порушуються процеси розчинення під час со- лодування, зокрема бетаглюкану, а це призводить до підви­щення в’язкості затору, погіршення фільтрування, освітлення і піноутворення. Сусло солоду з високобілкового ячменю має високу щільність (1,3 замість 1,08-1,12), високий уміст альфа- амінного азоту. За даними багатьох авторів [39-43], надлишок білкових речовин негативно впливає на вихід екстракту, солод має підвищену кислотність. Велика кількість білкових речовин з’являється і під час кип’ятіння сусла, і під час його бродіння, при освітленні пива, а також на показниках утворення та стій­кості піни і колоїдній стабільності готового пива. В окремих до­слідженнях відзначається, що при цьому процесі накопичується амінний азот, який легко засвоюється організмом та активізу­ється діяльність ферментів. Азотні речовини ячменю складають­ся з небілкових і білкових. Небілкові представлені амінокислота­ми (амінний азот), солями органічних кислот (аміачний азот), азотної кислоти (мінеральний азот) і амідами аспарагіном і глу- таміном (амідний азот). Сумарний уміст усіх форм азоту являє собою загальний азот ячменю. У нормально визрілому ячмені більшу частину загального азоту становлять білкові речовини. Небілковий азот є у незначній кількості і представлений пере­важно амінокислотами та амідами.

Амінокислотний склад білків ячменю не залежить від сор­тових особливостей ячменю і представлений здебільшого аспа­рагіновою і глютановою кислотами, аргініном, лейцином.

Білкові речовини ячменю не є однорідними. Розрізняють ок­ремі групи білків, які відрізняються за своїми фізико-хімічними властивостями. Відмінності зумовлені різною складністю і ве­личиною молекул, гідрофільними властивостями, характером зв’язку з іншими речовинами клітини. Одні білки легко гідролі­зуються ферментами і переходять у сусло при затиранні, а інші розщеплюються важко і майже не беруть участі в технологічному процесі. За даними багатьох дослідників на якість солоду впли­ває не лише загальна кількість білка в ячмені, а і його склад.

За розчинністю білкові речовини ячменю поділяють на чо­тири групи. У зернівці ячменю міститься до 10% альбумінів, 15% глобулінів, до 30% глютелінів і 30-35% проламінів. Альбуміни розчиняються у воді і нейтральних сольових розчинах, глобу­ліни у воді розчиняються слабше, ніж альбуміни.

Вони краще розчиняються у слабких сольових розчинах. Глютеліни розчиняються в лугах, а проламіни в спирті. У воді вони майже не розчиняються і у формуванні екстракту участі не беруть. До того ж, із проламінами адсорбційно пов’язані ан- тоцианогени і дубильні речовини, які можуть стати складовою частиною колоїдної муті пива. Майже повністю цей білок пере­ходить у дробину. Для технологів дуже важливим є вміст водо- і солерозчинних фракцій білка, оскільки вони беруть участь у формуванні екстракту, більша частина їх належить до фермен­тів, діяльність яких починається вже при замочуванні ячменю і триває під час пророщування та сушіння солоду. Саме ці фракції найбільше змінюються під час виробництва солоду, оскільки при солодорощенні відбувається перегрупування простих біл­ків, уміст окремих фракцій та їх співвідношення змінюється.

Вміст альбумінів і глобулінів під час солодорощення збільшу­ється за рахунок глютелінів і, частково, за рахунок проламі­нів. На перерозподіл фракцій білка при солодуванні впливає температура: найбільші зміни виявлені у зразках, вирощених за підвищених температур. У них нагромаджується максималь­ний вміст водо- і солерозчинних фракцій і амінного азоту на 2-4 добу пророщування, тобто в період найбільшого синтезу протеолітичних ферментів.

Під час дослідження спирторозчинних білків [50-52] було встановлено, що ця фракція не є однорідною. Глютенін ячменю представлений трьома фракціями — А, В і С, які відрізняють­ся за молекулярною масою та рухомістю. За останніми даними, саме висока концентрація фракції В глютеніну знижує вихід екстракту і погіршує якість солоду.

Тритикале

Тритикале переважає ячмінь за загальною кількістю екстрак­ту (83,7-85,1% на суху речовину), ферментативною активністю (а-амілаза — 11,06-25,85 од/г; Р-амілаза — 518,33-615,9; проте­олітична здатність — 0,61-1,81; цитолітична здатність — 38,30-42,88 од/г) та білковою розчинністю. Ці показники дають підстави для використання тритикале як сировини для вироб­ництва пивоварного солоду.

Тритикале — це гібрид пшениці і жита. За харчовою цінніс­тю й урожайністю він їх переважає. Цей злак невибагливий до землеробства та кліматичних умов, дає високі врожаї впродовж багатьох років після будь-якої культури без застосування доб­рив. За стійкістю до несприятливих ґрунтово-кліматичних умов та хвороб тритикале перевищує пшеницю і жито.

Наявність білка з високим умістом лізину (3,7% від загальної кількості) у тритикале коливається від 11,5 до 22,5%. Гібрид містить велику кількість усіх незамінних амінокислот. Засвою­ваність білка тритикале вища, ніж пшениці або жита. Цим і по­яснюється висока харчова цінність цього гібриду.

Уміст крохмалю в ньому — 50-57% на суху речовину. Зер­нівка має багатошарову оболонку, тому хлібобулочні вироби з борошна тритикале збагачені харчовими волокнами. Під час фільтрування сусла та виготовленого з нього гібриду, у фільт­раційних апаратах утворюється пухкий фільтруючий шар.

Дуже важливо, що активність амілолітичних і протеолітич­них ферментів у тритикале вища, ніж у пшениці та жита. Тому дослідження й розроблення нових технологій солоду з викорис­танням тритикале в пивоварній галузі — досить актуальна проблема. На основі результатів досліджень хімічного складу й технологічних властивостей різних сортів тритикале, районо­ваних у різних агрокліматичних зонах України для виробництва солоду, відібрані найбільш перспективні — Мально, АДН-11, Поліський-10, які за екстрактивністю, енергією проростання, ферментативним комплексом перевищують пивоварні ячмені, їх запропоновано в промисловості для виготовлення пивоварного солоду.

Жито

Жито має озимі та ярові форми вирощування. Колоски дво­квіткові, а квіточки двополі. Зернівка жита майже не містить плівки, на верхньому кінці притуплена, а в основі загострена. Довжина зернівки — 4,0-10 мм, ширина — 1,4-3,4 мм, товщи­на — 1,0-3,4 мм. Вага 1 000 зерен становить від 15 до 55 г. За своїм аналітичним складом зернівка жита близька до пшеничної. Ендосперм буває мучнистим і напівскловидним. Плодова оболон­ка має у своїй масі (на суху речовину) у середньому 4,8-5,5% від маси зерна, сім’яна оболонка — 2,3; алейроновий шар 10-13; ендосперм — 76-80; зародок зі щитком 3,4-4.

Хімічний склад зерна жита залежить від умов вирощування та сорту. Вміст білка коливається від 8 до 19,13% на суху речо­вину. Це переважно альбуміни, проламіни, гліадини, глобу­ліни та глютеліни. За відповідних умов білки жита утворюють клейковину. Амінокислотний склад білків жита характеризується такими середніми даними (%): аргиніну — 4,6-8,6; валіну — 4,2-5,0; гістидину — 2,1-2,4; лізину — 3,3-4,6; лейцину — 6,2; ізолейцину — 4,0; треоніну — 3,0-3,9; метіоніну — 1,1; тирозину — 1,2; триптофану — 1,3; цистину — 2,0-2,6; феніла­ланіну — 3,0-4,0. Таким чином, можна зробити висновок, що білок жита є більш повноцінним у харчовому відношенні, ніж білок пшениці.

Основним вуглеводом зерна жита є крохмаль, уміст якого становить від 53 до 63%. Крім крохмалю, до складу зерна входить значна кількість інших високомолекулярних вуглеводів — пентозанів: гумі-речовини — (від 2,5 до 5,0%) та левулезани (близько 3%). Уміст цукрів коливається від 4,3 до 6,6%, клітко­вини — від 2,04 до 3,32% на сухі речовини. Жирів у зерні жи­та міститься від 1,7 до 2%. Це переважно гліцериди насичених жирних кислот. Зольність зерна коливається від 1,49 до 2,54%.

Зародок зерна жита багатий комплексом вітамінів груп В, Е та А. Кількість вітаміну В_г коливається від 2 до 8 мг/кг; В₂ — від 1,5 до 2,9; нікотинової кислоти — 4,1-13,4; пантотенової кислоти — 10,4 мг/кг. У пророслих зернах жита кількість біо­логічно активних речовин збільшується в кілька разів. Інші зернові та бобові культури, з яких виробляють солод, розгля­нуті у главі 16.2.