Процессы, происходящие при замачивании, проращивании и сушке ячменя

Замачивание и проращивание ячменя, энергетика биохимических реакций. Роль кислорода и углекислого газа при замачивании ячменя, влияние солевого состава воды на замачиваемое зерно. Изменение состава веществ при окислении и соложении, сушка солода.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Наука биохимия представляет собой нечто значительно более широкое, чем приложение химии к биологическим проблемам. Это скорее попытка выявить и, в конечном счете, воспроизвести те значительно более топкие и регулируемые химические процессы, которые происходят в живых организмах. Биохимия выросла из изучения процесса брожения, и датой утверждения ее как самостоятельной отрасли науки можно, несколько произвольно, считать открытие, сделанное Э. Бухнером (1860 -- 1917) в 1897 году почти случайно, когда он обнаружил, что размятые дрожжи могли вызывать брожение в сахаре, несмотря на отсутствие живых клеток. Этот факт показал, что причиной брожения является мертвое химическое вещество, то, что было названо энзимом (en Zyrne) в дрожжах, и что большинство других химических реакций, происходящих в живой материи, вызывается подобными же веществами.

Однако потребовалось, чуть ли не сорок лет для того, чтобы люди начали хотя бы только понимать природу энзимов и механизм их действия. В великой полемике XIX века -- в полемике между Пастером и фон Либихом о природе брожения -- оба ученых и были правы, и ошибались. Либих, в конце концов, имел основания утверждать, что брожение вызывается химическим веществом. С другой стороны, эти вещества не представляли собой лабораторных химикалий, а могли быть произведены только живыми организмами, и в этом был прав Пастер, утверждавший, что жизнь играет в брожении существенно важную роль. Правда, неживые дрожжи, подобно диастазу солода, были известны человеку и использовались им уже на заре истории. Значение открытия Бухнера состояло в том, что оно доказывало давно подозревавшийся факт, что реакции внутри клетки, часто приписывавшиеся действию таинственных жизненных сил, вызываются внутриклеточными ферментами, или энзимами.

Биохимию от более классической органической химии, которая сама происходит из изучения продуктов жизни, в корне отличает то, что она имеет дело с химическими процессами, происходящими внутри и вокруг клеток живых организмов с помощью энзимов.

Актуальность работы. Производство пивоваренного солода -- сложный технологический процесс, включающий в себя: хранение и сортировку пивоваренного ячменя; замачивание, солодоращение и сушку свежепроросшего солода; обработку и хранение солода.

Солодоращение -- проращивание различных сортов зерновых культур в специально создаваемых и регулируемых условиях с целью накопления и активации в них гидролитических ферментов, способных осахаривать крахмал. С целью снижения потерь на дыхание и ростовые процессы солодоращение ведут при слабом освещении, пониженной температуре и высокой влажности.

В процессе солодоращения зерну необходимо находиться в богатой кислородом окружающей среде. Однако стремление использовать кислород при хранении, замачивании и солодоращении зерна способствует активации окислительных процессов, приводящих к потере питательных веществ на дыхание и рост. В пивоварении роль кислорода огромна, но его присутствие на некоторых стадиях технологического процесса, как установлено многими учеными и практиками, недопустимо. Помимо молекулярного кислорода роль окислителя в солоде и пиве могут выполнять активные формы кислорода. Благодаря своей высокой реакционной способности они снижают пищевую ценность продукта, а также негативно влияют на показатели качества и стойкость напитка. Стойкость пива существенно зависит от содержания низкомолекулярных антиоксидантов, основным поставщиком которых, является пивоваренный солод. Антиоксиданты - соединения, защищающие от свободно-радикального окисления, широко используются в пищевой промышленности и биотехнологии. Структурные и функциональные нарушения, вызванные различными причинами, как правило, усиливают активацию кислорода, что в свою очередь ведет к новым нарушениям, усугубляя первоначально нанесенный ущерб.

Повышение эффективности производства солода -- одна из важнейших задач пищевой биотехнологии. Поэтому исследования, направленные на изучение биохимических процессов при получении высококачественного солода с минимальными потерями сухого вещества и высокой ферментативной активностью, являются весьма важными. Ясное представление об этих свойствах и взаимосвязях зерновой массы с технологическим режимом хранения и солодоращения позволят избежать потерь и снижения качества готовой продукции.

Цель курсовой работы: изучение процессов, происходящих при замачивании, проращивании и сушке солода.

Замачивание

Замачивание ячменя является очень важным этапом соложения, так как условия его проведения оказывают влияние на процесс проращивания, его длительность, на снижение величины потерь при соложении и наконец, на качество получаемого готового солода. Этот технологический процесс является первой стадией процесса соложения. Стадия замачивания, помимо снабжения зерна водой, должна сопровождаться подводом к зерну достаточного количества кислорода. Чем больше зерно поглощает воды, тем интенсивнее протекают процессы обмена веществ и тем большей становится потребность в кислороде. Поэтому внутри зерна должен поддерживаться минимальный уровень кислорода, который соответствует динамическому равновесию между низшим пределом потребления его зародышем и поступлением кислорода из внешней среды. В противном случае зерно начинает расходовать свои запасные вещества (углеводы) для покрытия необходимой ему энергии, причем при недостатке кислорода вместо воды и углекислого газа образуются сложные метаболиты обмена веществ зерна, такие, как спирт и ряд промежуточных продуктов - альдегиды, кислоты и эфиры, которые наносят вред проращиваемому зерну.

В основу разработки методов замочки ячменя должны быть положены следующие требования:

достижение необходимой влажности зерна;

поддержание оптимальной температуры;

подача кислорода и удаление углекислого газа и других веществ, тормозящих процесс ращения зерна.

Значение АТФ в энергетике биохимических реакций

Все биохимические реакции в живых клетках подчиняются основным законам термодинамики. Первый закон -- закон сохранения энергии. Энергия может превращаться из одного вида в другой, но общее количество энергии остается постоянным. Второй закон термодинамики предусматривает существование двух форм энергии - свободной и рассеиваемой. Первая форма полезной энергии используется в протекающих реакциях, т. е. производит работу, вторая рассеивается в виде теплоты и не может быть использована в данной реакции.

Обмен веществ в живом организме неразрывно связан с обменом и превращением энергии. Сначала высокомолекулярные вещества гидролитически распадаются на низкомолекулярные. Количество освобождающейся при этом энергии незначительно. Затем в процессах окисления углеводов, жирных кислот и аминокислот происходит выделение значительных количеств энергии. Из большого количества продуктов гидролиза основное энергетическое значение имеют три: ацетил-коэнзим А, а-кетоглутаровая кислота и щавелевоуксусная кислота, которые подвергаются окислению в конечной стадии через цикл лимонной кислоты (так называемый цикл Кребса), где освобождается примерно 2/3 энергии. Около 30-- 40% химической энергии превращается в теплоту, а более 60% ее используется для синтеза богатых энергией макроэргических соединений.

Наиболее важным показателем энергетического эффекта служит величина свободной энергии, т. е. энергии, производящей определенную работу. Изменение свободной энергии выражают в килокалориях на моль, и она представляет собой разницу между количеством свободной энергии в начале реакции и количеством ее в момент достижения равновесия.

В клетках живых организмов содержится много различных соединений, содержащих эфиры фосфорной кислоты. У одной группы этих соединений величина свободной энергии гидролиза не превышает 12,6 кДж/моль (3 ккал/моль). Сюда можно отнести глицерофосфат, 3 -фосфоглицериновую кислоту, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др. Однако имеются соединения, при гидролизе которых выделяется значительно большие количества свободной энергии - 40- 50 кДж/моль (10 - 12 ккал/моль). Эти соединения принято называть макроэргическими и обозначать их знаком. Из них наиболее важной, играющей центральную роль в процессах обмена веществ живых организмов, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). АТФ является связующим звеном между двумя противоположными процессами ассимиляции и диссимиляции веществ. В первом процессе используются и перерабатываются продукты, поступающие в организм из внешней среды. Процессы диссимиляции связаны с распадом продуктов на более простые соединения, выделяемые в окружающую среду в качестве конечных продуктов жизнедеятельности. Все реакции в биологических системах протекают при участии ферментов за счет энергии, освобождаемой при распаде молекул углеводов, белков, жиров и других веществ, в то время как при проведении обычных химических реакций основная часть энергии выделяется или поглощается в виде тепловой энергии и эти реакции, как правило, протекают при высоких температурах. Наоборот, все биохимические реакции протекают при невысокой температуре, причем энергия, затрачиваемая в этом случае, поставляется или накапливается обычно в виде указанных макроэргических фосфатных связей.

Роль кислорода и углекислого газа при замачивании ячменя

В естественных условиях проращивания зерна в почве наряду с пропитыванием ячменя водой обеспечивается и доступ кислорода; он создает нормальные условия дыхания и предотвращает накопление продуктов, образующихся в случае замены аэробного процесса на анаэробный. Одним из промежуточных продукто...