СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНОВОГО СОЛОДА И СОЛОДОВЫЙ ПРОДУКТ, ПОЛУЧЕННЫЙ ТАКИМ СПОСОБОМ
METHOD FOR PRODUCTION OF GRAIN MALT AND MALT PRODUCT PRODUCED BY SUCH METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, к пивоваренной промышленности, и его можно использовать для переработки зерна в процессе получения солода. Улучшенный способ соложения обеспечивает возможность сокращения времени соложения по меньшей мере на 50% и увеличения экономии электроэнергии до 90% по сравнению с традиционными технологиями соложения. Кроме того, предложенный способ не имеет жестких требований к температуре и солевому составу воды, используемой для соложения. Кроме того, по сравнению с стандартной технологией соложения, образуется меньшее количество отходов производства, например, меньше проростков, промывочной воды с высоким уровнем химического потребления кислорода (ХПК) и биологического потребления кислорода (БПК). Кроме того, настоящее изобретение относится к солодовому продукту, полученному указанным способом и характеризующемуся улучшенным качеством.
Уровень техники
Известны различные способы получения солода, который является основным сырьевым материалом для получения пива и родственных напитков. Различные характеристики полученного солода, такие как органолептические свойства (вкус, цвет, запах и т.д.), содержание экстракта и отсутствие вредных примесей, напрямую влияют на качество конечного продукта. В этом отношении большое внимание уделяют улучшению технологического процесса получения солода, включая, но не ограничиваясь этим, обеспечение оптимальных условий сложения, а также прямое и косвенное воздействие на сложные биохимические реакции для улучшения качества конечного продукта.
Сегодня существует множество известных способов получения солода, включая способ, в котором зерно подвергают дезинфекции, вымачиванию в воде при температуре 15-25°С, проращиванию при температуре 18-21°С и содержании влаги 45-50% (RU 2249032, IPC С12С 1/00, поданная 22 августа 2003 года, опубликованная 27 марта 2005). Недостатком указанного способа является продолжительность процесса, что негативно сказывается на энергетических и трудовых затратах.
Описан также способ получения солода, в котором зерно промывают, вымачивают и проращивают, контролируя биохимические процессы в зерне посредством последовательного приведения их в контакт с водными препаратами, имеющими кислотный рН с достаточно разной кислотностью, и контролирование для каждого препарата температуры, времени начала и продолжительности контакта с зерном (RU 2250248, IPC С12С 1/00, С12С1/047, поданная 19 апреля 2002, опубликованная 20 апреля 2005). Для минимизации потерь сырьевого материала вследствие роста корней, после стадии промывания зерна подвергают относительно короткому воздействию активированного водного препарата с рН 2-5. Для ускорения процессов на стадии вымачивания и проращивания осуществляют повторное воздействие активированного препарата с рН 8-11. Уменьшение или даже исключение нежелательного роста корней и проростков после оптимального периода проращивания осуществляют посредством относительно продолжительного воздействия активированного водного препарата при рН 2-4. Указанные водные препараты получают пропусканием через электродную камеру диафрагменного электролизера, через которую в то же время пропускают электрический ток. Недостатком указанного способа является трудоемкость процесса, необходимость использования дополнительного оборудования, а также сложные технологии обработки.
Существует известный способ получения солода, который включает промывание, дезинфекцию и вымачивание зерна с последующим проращиванием зерна; используют пшеничное зерно, которое вымачивают в воде при температуре 19-20°С в две стадии, между которыми выдерживают паузу на воздухе; вымачивание зерна продолжают до достижения содержания влаги 38%, после чего зерно проращивают в течение 68 часов при температуре, понижающейся от 17 до 13°С (RU 2535870, IPC С12С 1/02, С12С 1/027, поданная 07 февраля 2013 года, опубликованная 20 декабря 2014). Указанный способ обеспечивает возможность получения солода улучшенного качества, а также использования зерна с достаточно высоким содержанием белка для получения солода. Заметным недостатком указанного способа является продолжительность процесса.
В патенте США US 5405624 (IPC С12С 1/00, С1203/02, С12С 1/18), поданном 05 ноября 1993 года, опубликованном 11 апреля 1995 года) описан способ получения пивоваренного продукта с интенсивным вкусом, включающий вымачивание ячменя, ферментативную переработку ячменя, получение солода и его нагревание до 70-89°С в течение 0,5-3 часов при поддержании содержания влаги 30-55% мас., сушку солода, получение сусла и ферментацию с использованием дрожжей. В указанном способе сырьевым материалом являются только зерновые культуры (ячмень), что сокращает ассортимент солода; кроме того, предложенный способ отличается заметной трудоемкостью. Наиболее близким к способу согласно настоящему изобретению является способ получения солода из злаковых зерен, включающий вымачивание зерна, которое включает одну или более стадий при температуре 5-30°С при рН 1,5-14 (предпочтительно рН 4-6) до достижения содержания влаги 20-60% мас., с последующей сушкой при температуре 40-150°С до достижения содержания влаги 2-15% мас., и добавление на любой стадии процесса одной или более бактериальных культур и/или активированных спор для усиления ферментативной активности (US 7241462, IPC С12С 1/00, поданная 23 июля 1997 года, опубликованная 10 июля 2007 года). Добавление бактериальных культур и/или активированных спор существенно улучшает качество солода и, соответственно, качество напитков, получаемых из него. Недостатком указанного способа является то, что стоимость ресурсов и энергии для дополнительных технологических операций (особенно для получения активированных спор) существенно увеличивает себестоимость конечного продукта; кроме того, продолжительность процесса может составлять до 7 дней.
Проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в оптимизации процесса соложения, обеспечивающей улучшенное качества солода, сокращение времени соложения, снижение энергетических затрат на переработку сырьевого зерна и уменьшение общей стоимости технологического процесса.
Сущность изобретения
В результате изучения процесса соложения авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что оптимизация биологических условий соложения злаков с шелухой и без шелухи обеспечивает существенное улучшение качества солода. Таким образом, в настоящем изобретении предложен эффективный способ получения солода, включающий выдерживание злаковых зерен в водном растворе одного или более ферментов, обладающих гидролазной активностью, с последующим проращиванием и сушкой. Предложенные способы могут также включать стадию кондиционирования злаковых зерен до содержания влаги от 15 до 80%, предпочтительно от 20 до 60%, более предпочтительно от 20 до 50%, причем указанную стадию обычно проводят до выдерживания с ферментом(-ами). Каждая из указанных стадий, а также подходящие ферменты, обладающие гидролазной активностью, более подробно описаны ниже.
Настоящее изобретение основано на неожиданно установленном факте, что выдерживание злаковых зерен с ферментом(-ами), обладающим гидролазной активностью, до и/или во время проращивания обеспечивает возможность уменьшения расхода фермента(-ов). Так, для получения напитков на основе солода важно получать высокое содержание экстракта в солоде. Это может быть достигнуто с применением традиционных способов соложения, которые, однако, требуют больших затрат времени, воды и энергии. Для увеличения содержания экстракта может быть уместно добавлять фермент(-ы) во время затирания солода и/или зерен. Однако в настоящем изобретении неожиданно выявлено, что сниженное количество фермента(-ов) является достаточным, если фермент(-ы) добавляют до и/или во время проращивания в соответствии со способами настоящего изобретения. Кроме того, добавление фермента(-ов) обеспечивает возможность сокращения времени проращивания и расхода воды.
В одном варианте реализации способы согласно настоящему изобретению включают обеспечение геометрического соотношения между размером каналов, разделяющих гранулы крахмала в зерне, и гидравлическим диаметром экзогенного фермента. Не ограничиваясь конкретной теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что оптимальный режим соложения зерна может быть обеспечен при достижении геометрического соотношения между размером каналов, разделяющих гранулы крахмала в зерне, и гидравлическим диаметром фермента, при котором наблюдают ускоренное движение ферментов из водного раствора в объем зерна. Предложенный способ может существенно сокращать время соложения и, соответственно, снижать энергетические затраты на переработку сырьевого зерна и улучшать общую экономику процесса получения.
Так, в одном варианте реализации настоящее изобретение относится к способу получения зернового солода, включающему кондиционирование зерна при содержании влаги в зерне 15-80% и в течение времени не более одних суток для содержания влаги в пределах указанного диапазона; орошение и/или вымачивание кондиционированного зерна в водном растворе пищевого фермента, обладающего гидролазной активностью; выдерживание зерен до их прорастания с массовым переносом фермента из водной фазы в объем зерна;
причем кондиционирование и/или выдерживание осуществляют до достижения геометрического соотношения размера каналов между гранулами крахмала в зерне и гидравлическим диаметром молекулы фермента; сушку зерна до содержания влаги 6-12%.
В другом варианте реализации настоящее изобретение относится к способу получения зернового солода, включающему кондиционирование зерна при содержании влаги в зерне 15-80% и в течение времени контакта не более одних суток для достижения содержания влаги в пределах указанного диапазона; орошение и/или вымачивание кондиционированного зерна в сусле с экстрагирующей способностью от 9 до 18% мас., содержащем предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента гидролазы, и ферменты, выработанные указанными микроорганизмами; выдерживание зерен до прорастания с массовым переносом фермента из сусла в объем зерна; причем кондиционирование и/или выдерживание осуществляют до достижения геометрического соотношения размера каналов, разделяющих гранулы крахмала в зерне, и гидравлическим диаметром фермента; сушку зерен до содержания влаги 6-12%.
В другом варианте реализации указанный способ дополнительно включает стадию введения водного раствора, содержащего пищевой фермент, обладающий гидролазной активностью. В некоторых вариантах реализации указанный способ дополнительно включает стадию температурной инактивации микроорганизмов.
В другом варианте реализации настоящее изобретение относится к солодовому продукту, полученному одним из вышеуказанных способов, который характеризуется по меньшей мере одним из следующих количественных параметров: содержание экстракта по меньшей мере 75% сухого вещества, истираемость по методу Analytica-EBC 4.15 не более 75%, а также отсутствие предшественников DMS.
Краткое описание графических материалов
Фигура 1. Микроскопия гранул крахмала. Представлены микрофотографии гранул крахмала (поперечный срез ячменного зерна) для «быстрого» солода (а), классического солода (b) и эко-солода, полученного способом, описанным в настоящем изобретении (с). Масштаб 50 мкм.
Фигура 2. Измерение гидравлических радиусов различных белковых молекул. Использовали методы фотонно-корреляционной спектрометрии (PCS) и динамического светорассеяния (DLS) для измерения гидравлического радиуса фермента(-ов). Размер в мкм представлен на оси X (мкм, как указано обозначением «мкм» на данной фигуре). Представлены данные для ферментных препаратов Diazyme (амилоглюкозидаза), Termamyl (α-амилаза) и Laminex3g (комплексный ферментный препарат, обогащенный β-глюканазой).
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предложен новый способ получения зернового солода, подходящий для соложения зерновых с шелухой и без шелухи, в котором соложение осуществляют в условиях, обеспечивающих достижение геометрического соотношения между размером молекул фермента и внутренними структурными элементами зерна. Настоящее изобретение относится также к солодовому продукту, полученному с помощью указанного способа.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем изобретении термин «зерно» относится к зернам, зачастую обозначаемым как «семена» репрезентативных членов семейства однодольных, в частности, злаков, используемых в сельском хозяйстве. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения термин «зерно» относится к семенам таких сельскохозяйственных злаков, как пшеница, рожь, овес, ячмень и гречиха. В наиболее предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения используют ячменное зерно. Предпочтительно, термин «зерно» относится к не пророщенным зернам.
Термин «злаковые зерна» в данном контексте относится к зернам злакового растения. Злаковое растение может быть выбрано, например, из группы, состоящей из ячменя, риса, сорго, маиса, проса, тритикале, ржи, овса и пшеницы. В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения злаковые зерна представляют собой ячменные зерна. Указанный ячмень может представлять собой любое ячменное растение, включая ошелушенные и неошелушенные сорта.
В настоящем изобретении термин «солод» означает продукт, полученный при проращивании злаковых зерен. В частности, солод может быть продуктом, полученным при проращивании злаковых зерен с последующей сушкой (например, сушкой в печи) пророщенных злаковых зерен.
Термин «солодовый продукт» в данном контексте относится к любому продукту, полученному из солода в качестве основного ингредиента. Неограничивающие примеры солодового продукта включают сусло или напитки на основе солода, такие как пиво.
Термин «эко-солод» относится к продукту, полученному способом, описанным в настоящем изобретении, и имеющему определенную микроструктуру зерна и улучшенные характеристики.
Термин «соложение» относится к процессу проращивания зерна, приводящему к получению солода. Молекулярные и биохимические превращения, происходящие в зерне в процессе соложения, происходят в естественных условиях, но авторами настоящего изобретения в ходе экспериментальных исследований показано, что, изменяя некоторые физические факторы (например, температуру, содержание влаги, рН и т.д.), можно намеренно контролировать указанный процесс и прекращать превращения на определенной стадии, в зависимости от требуемых характеристик.
Термин «гранулы крахмала» в контексте настоящего изобретения относится к гранулам крахмала различного размера, которые заключены в эндосперм клеток зерна.
Термин «вымачивание» в контексте настоящей заявки относится к стадии подготовки зерна к проращиванию, в ходе которой оно впитывает влагу, а именно: замачивание. Для замачивания зерна его можно погружать в водный раствор, или можно смачивать зерно (орошать).
Термин «проращивание» в контексте настоящей заявки относится к моменту появления проростков. Так, злаковое зерно можно считать пророщенным, как только можно видеть отросток. Во время указанной стадии зерно подвергается фундаментальным биохимическим изменениям и в значительной степени восприимчиво к действию внешних факторов (температуры, содержания влаги, содержания кислорода и т.д.).
Термин «сушка» в контексте настоящей заявки означает стадию доведения зерна, пророщенного до определенной степени, до заданного содержания влаги. Предпочтительно, указанный процесс проводят под действием сочетания высоких температур и сниженного содержания влаги, в результате чего ферменты могут быть постепенно инактивированы. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения сушку проводят до содержания влаги 6-12%.
Термин «пищевой фермент» в контексте настоящей заявки относится к препарату биологического катализатора белкового происхождения (ферменту), способному катализировать биохимические реакции и тем самым ускорять технологический процесс. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения термин «препарат пищевого фермента» или «пищевой фермент» означает фермент или группу ферментов, обладающих гидролазной активностью, которые выбраны из группы, состоящей из амилоглюкозидазы, протеазы, α-амилазы, β-глюканазы, ксиланазы, пуллуланазы, липоксигеназы, изомеразы (например, глюкоизомеразы), липазы, протеазы или комбинации указанных ферментов.
Термин «кофактор» в контексте настоящей заявки относится к вспомогательным факторам небелкового происхождения, принимающим участие в ферментативных реакциях, происходящих в данном варианте реализации способов согласно настоящему изобретению. В предпочтительном варианте реализации термин «кофактор» относится к ионам кальция, которые добавляют в водный раствор, используемый для соложения. В некоторых случаях «кофакторы» также могут быть упомянуты как «коферменты».
Термин «предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента гидролазы» в контексте настоящей заявки означает культуры микроорганизмов, известных из уровня техники, которые являются продуцентами гидролазных ферментов, используемых на определенных стадиях технологических процессов в пищевой промышленности, особенно в пивоварении. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения термин «предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента гидролазы» относится к культурам микроорганизмов, выбранных из Aspergillus niger, Bacillus licheniformis, Talaromyces emersonii, Trichoderma longibrachiatum, Bacillus amyloliquefaciens. В наиболее предпочтительном варианте реализации настояещго изобретения термин «предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента гидролазы» относится к указанным культурам микроорганизмов, вырабатывающим ферменты, выбранные из группы, состоящей из амилоглюкозидазы, протеазы, α-амилазы, β-глюканазы, ксиланазы, пуллуланазы, липоксигеназы, изомеразы, липазы, протеазы или их комбинаций.
Термин «сусло» в контексте настоящей заявки относится к питательной среде для выращивания микроорганизмов, включая растворы Сахаров, виноградное или солодовое сусло. В частности, термин «сусло» может относиться к водному экстракту солода, полученному затиранием и необязательно обрызгиванием измельченного солода. В предпочтительном варианте реализации содержание экстракта в сусле составляет от 5 до 25% мас., более предпочтительно от 9 до 18% мас. сухого вещества. В частности, содержание экстракта в сусле может составлять от 5 до 25° Плато, более предпочтительно от 9 до 18° Плато.
В настоящем изобретении выражение «перенос ферментов в зерно» означает, что при введении пищевого фермента в водный раствор и/или предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие ферментативной активностью, посредством орошения и/или вымачивания, происходит перенос ферментов из водного раствора в зерно, предположительно благодаря обеспечению геометрического соотношения между размером каналов, разделяющих гранулы крахмала, и гидравлическим диаметром фермента, например, с обеспечением переноса по меньшей мере 50%, предпочтительно от 50 до 90%, более предпочтительно от 60 до 95%, более предпочтительно от 80% до 99% от общего содержания ферментов из водного раствора в объем зерна. Предпочтительно, указанный перенос определяют как коэффициент массового переноса фермента, как описано ниже в примере 3.
Выражение «геометрическое соотношение между размером каналов, разделяющих гранулы крахмала, и гидравлическим диаметром фермента» к контексте настоящей заявки означает следующее. С помощью микроскопии или с помощью томографии или другого доступного измерительного прибора измеряют диаметр (А) канала, разделяющего гранулы крахмала. С помощью фотонно-корреляционной спектрометрии (PCS) и методов динамического светорассеяния (DLS) рассчитывают гидравлический диаметр фермента (В), т.е. диаметр фермента в водном растворе в определенных условиях. Затем, изменяя некоторые физические факторы (особенно содержание влаги и необязательно рН воды), получают определенное значение В/А, для которого гидравлический диаметр молекулы фермента (В) не превышает расстояние (А), разделяющее гранулы крахмала. Предпочтительно, В/А составляет от 0,8 до 0,95, более предпочтительно В/А≤0,9. При таком соотношении создаются условия для усиленного массопереноса фермента из водного раствора в зерно.
В настоящем изобретении термин «DMS-р» означает вещество-предшественник диметилсульфида - соединения, ухудшающего органолептические свойства пива.
Термины «ХПК» и «БПК» в контексте настоящей заявки являются некоторыми из наиболее важных показателей для описания степени загрязнения промышленных сточных вод органическими соединениями, в частности, «ХПК» является показателем химического потребления кислорода, а «БПК» является показателем биологического потребления кислорода. ХПК также может быть упомянут как «химическая потребность в кислороде» или «ХПК», а БПК также может быть упомянут как «биохимическая потребность в кислороде» или «БПК».
Термин «экстракт» в контексте настоящей заявки в отношении солода (содержание экстракта в солоде) означает массовый процент экстракта сухого вещества солода (% сухого вещества), т.е. количество, которое выражено относительно общего содержания экстрагируемых веществ, которые при затирании зерновых продуктов (смешивании измельченных зерновых продуктов с водой) переходят в раствор из определенного солода, в процентах от сухого вещества солода. Содержание экстракта в солоде предпочтительно определяют в соответствии с методом ЕВС 4.5.1.
Так, содержание экстракта в солоде можно определить по формулам:
где
1
E=содержание экстракта в образце, в % (мас./мас.)
2
Е=содержание экстракта в сухом солоде, в % (мас./мас.)
Р=содержание экстракта в сусле, в % Плато
М=содержание влаги в солоде, в % (мас./мас.)
800=количество дистиллированной воды, добавленной в сусло на 100 г солода, в мл.
«а.с.в.» представляет собой сокращение для «абсолютно сухого вещества».
Термин «примерно», используемый в настоящем документе в отношении числовых значений, означает +/-10%, предпочтительно +/-5%, более предпочтительно +/-1%.
2
2
2
Термин «содержание влаги» в злаковом зерне в данном контексте относится к % НО мас./мас. в указанном зерне. Содержание влаги в злаковых зернах можно определять посредством измерения массы злаковых зерен, с последующей сушкой указанных злаковых зерен и измерением массы высушенных злаковых зерен. Разность массы между влажными и сухими злаковыми зернами считают массой НО, и содержание влаги рассчитывают как массу НО, деленную на общую массу злаковых зерен (влажных злаковых зерен).
Подробное описание изобретения
Кондиционирование злаковых зерен
Способы согласно настоящему изобретению могут необязательно включать стадию кондиционирования злаковых зерен до содержания влаги в зерне 15-80%, предпочтительно 20-60%, более предпочтительно 20-50%. Обычно указанную стадию обозначают в данном документе как стадию а), однако ее также называют первой стадией.
Как правило, стадию кондиционирования злаковых зерен до определенного содержания влаги осуществляют либо посредством вымачивания злаковых зерен в водном растворе, например, в воде, либо посредством орошения злаковых зерен указанным водным раствором. Злаковые зерна можно выдерживать в контакте с указанным водным раствором до достижения требуемого содержания влаги. Если кондиционирование осуществляют посредством орошения злаковых зерен водным раствором, то указанное орошение можно повторять один или более раз, например, так часто, как это необходимо для достижения требуемого содержания влаги. Стадию кондиционирования обычно можно проводить в течение не более одних суток, предпочтительно в течение 5-20 часов, например, в течение 5-10 часов.
В одном варианте реализации злаковые зерна приводят в контакт лишь с достаточным количеством водного раствора для достижения требуемого содержания влаги. В таких вариантах реализации злаковые зерна могут впитывать по существу весь водный раствор. Соответственно, по существу отсутствует сточная вода.
Содержание влаги после кондиционирования может зависеть от нескольких факторов, включая содержание влаги в используемых злаковых зернах. В одном варианте реализации злаковые зерна кондиционируют до содержания влаги от 20 до 60%, предпочтительно от 20 до 50%, например, от 20 до 45%, например, от 24 до 40%.
В одном варианте реализации злаковые зерна имеют исходное содержание влаги <18%, и в таких вариантах реализации злаковые зерна можно предпочтительно кондиционировать до содержания влаги от 20 до 30%, например, от 22 до 26%, например, до примерно 24%, например, до 24%.
В одном варианте реализации злаковые зерна имеют исходное содержание влаги от 10 до 15%, и в таких вариантах реализации злаковые зерна можно предпочтительно кондиционировать до содержания влаги от 20 до 30%, например, от 22 до 26%, например, до примерно 24%, например, до 24%.
В одном варианте реализации злаковые зерна имеют исходное содержание влаги <24%, например, исходное содержание влаги составляет 18-24%. В таких вариантах реализации злаковые зерна можно предпочтительно кондиционировать до содержания влаги до 45%, например, от 30 до 45%, например, от 35% до 45%, например, от 38 до 40%.
В одном варианте реализации злаковые зерна кондиционируют до содержания влаги по меньшей мере 20%, предпочтительно по меньшей мере 24%, более предпочтительно по меньшей мере 28%.
В одном варианте реализации водный раствор, используемый на стадии кондиционирования, может представлять собой воду. В другом варианте реализации водный раствор, используемый на стадии кондиционирования, может быть таким же, как водный раствор, содержащий фермент(-ы), за исключением того, что он не содержит ферменты. Такие водные растворы описаны ниже в разделе «Приведение в контакт с ферментом(-ами)». Например, рН водного раствора может быть таким, как описано в данном разделе, например, рН от 6 до 7, например, примерно 7,4.
Стадию кондиционирования можно осуществлять при любой подходящей температуре, например, при температуре от 0 до 50°С, обычно при температуре от 0 до 30°С, например, при температуре от 5 до 20°С.
Кондиционирование также можно осуществлять так, как описано ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения». В частности, его можно осуществлять в качестве первой стадии способа, описанного в указанном разделе.
Приведение в контакт с ферментом(-ами)
Способы согласно настоящему изобретению, в целом, включают стадию приведения злаковых зерен в контакт с водным раствором, содержащим один или более ферментов, обладающих гидролазной активностью. Такой водный раствор также может быть упомянут в данном контексте как «водный раствор, содержащий фермент(-ы)». В некоторых вариантах реализации указанную стадию осуществляют после стадии кондиционирования, например, проведенной так, как описано в разделе «Кондиционирование злаковых зерен». Данную стадию можно повторять один или более раз.
Как описано в настоящем документе, способы согласно настоящему изобретению могут включать стадию приведения злаковых зерен в контакт с водным раствором, содержащим один или более ферментов (в данном контексте также упоминаемую как «стадия приведения в контакт»), и стадию выдерживания зерен до их прорастания (в данном контексте также упоминаемую как «стадия выдерживания»). Указанные стадии можно осуществлять последовательно, одновременно или частично одновременно. В тех вариантах реализации, в которых стадию приведения в контакт осуществляют многократно, стадию выдерживания можно разделять на несколько промежуточных стадий, осуществляемых между стадиями приведения контакта и после последней стадии приведения в контакт.
В целом, злаковые зерна (например, кондиционированные злаковые зерна) можно вымачивать в водном растворе, содержащем фермент(-ы), или злаковые зерна можно орошать водным раствором, содержащим фермент(-ы). Если злаковые зерна орошают водным раствором, содержащим фермент(-ы), то указанное орошение можно повторять один или более раз.
В одном варианте реализации злаковые зерна приводят в контакт лишь с заранее определенным количеством водного раствора, содержащем фермент(-ы), которое может быть впитано злаковыми зернами. Впоследствии это может гарантировать по существу полное отсутствие сточных вод.
Помимо фермента(-ов), указанный водный раствор может содержать одно или более дополнительных соединений, например, буфер и/или соль.
Обычно рН указанного водного раствора, содержащего фермент(-ы), предпочтительно регулируют для того, чтобы фермент(-ы) имел гидролазную активность. Соответственно, водный раствор может содержать один или более буферов. В тех вариантах реализации настоящего изобретения, в которых водный раствор содержит только один фермент, рН водного раствора предпочтительно доводят до примерно оптимального значения для данного фермента. Например, если фермент представляет собой α-амилазу, то рН водного раствора может составлять от 6 до 7, например, примерно 6,5.
Однако зачастую водный раствор может содержать более одного фермента. В таких случаях рН можно доводить до такого рН, при котором все ферменты имеют по меньшей мере некоторую активность. Например, рН водного раствора может представлять собой любой рН, описанный ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения» в отношении воды, используемой для соложения. В некоторых вариантах реализации рН водного раствора составляет рН от 5,5 до 8, например, рН от 5,5 до 7,5, например, примерно рН 7,4, например, примерно рН 6.
Водный раствор может также содержать соли. Так, в тех вариантах реализации настоящего изобретения, в которых водный раствор содержит только один фермент, проводимость водного раствора предпочтительно доводят до примерно оптимального значения для данного фермента. Например, если фермент представляет собой α-амилазу, то проводимость водного раствора может составлять от 500 до 1500 мкСм, например, примерно 1000 мкСм. Указанные соли могут представлять собой, например, ионы кальция. Водный раствор может содержать ионы кальция, например, в концентрации 80-1200 мг/л.
Водный раствор может также содержать один или более кофакторов, например, как описано в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения».
Однако водный раствор часто может содержать более одного фермента, и в таком случае проводимость можно доводить до такой проводимости, при которой все ферменты имеют по меньшей мере некоторую активность. Например, проводимость водного раствора может составлять от 20 до 1000 мкСм, например, от 30 до 500 мкСм, например, от 100 до 200 мкСм, например, примерно 120 мкСм.
Фермент(-ы), обладающий гидролазной активностью, может представлять собой любой подходящий фермент(-ы), обладающий указанной активностью. Например, он может представлять собой один или более пищевых ферментов, описанных ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения». В частности, водный раствор предпочтительно содержит по меньшей мере α-амилазу.
α-Амилаза согласно настоящему изобретению представляет собой фермент, который может катализировать эндогидролиз (1→4)-α-D-глюкозидных связей в полисахаридах, содержащих три или более (1→4)-α-связанных звеньев D-глюкозы. В частности, α-амилазы согласно настоящему изобретению могут представлять собой α-амилазные ферменты, классифицированные по ЕС 3.2.1.1.
Конкретный α-амилазный фермент для применения в способах согласно настоящему изобретению может представлять собой α-амилазу Bacillus. Общеизвестные α-амилазы Bacillus включают α-амилазу, полученную из штамма В. licheniformis, В. amyloliquefaciens или В. stearothermophilus. В одном аспекте настоящего изобретения предусмотренная α-амилаза Bacillus представляет собой α-амилазу, описанную в WO 99/19467 со страницы 3, строки 18 по страницу 6, строку 27.
Другой пример α-амилазы для применения согласно настоящему изобретению представляет собой фермент, описанный как SEQ ID NO: 3 в WO 99/19467, или его функциональный гомолог, имеющий с ним идентичность последовательностей по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере 85%, например, по меньшей мере 90%, например, по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 98%. α-Амилаза также может представлять собой α-амилазу, имеющую по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере 85%, например, по меньшей мере 90%, например, по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 98% идентичность последовательностей с аминокислотной последовательностью, описанной как SEQ ID NO: 3 в WO 99/19467, со следующими мутациями: 1181*+G182*+N193F. Также предусмотрена α-амилаза в препарате фермента Termamyl SC (Novozymes A/S, Дания). Другая конкретная α-амилаза для применения в способах согласно настоящему изобретению может представлять собой любую грибковую α-амилазу, например, α-амилазу, полученную из видов Aspergillus, и предпочтительно из штамма Aspergillus niger. В частности, предусмотрена α-амилаза, представленная как SEQ ID NO: в WO 2002/038787, или ее функциональный гомолог, имеющий с ней идентичность последовательностей по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере 85%, например, по меньшей мере 90%, например, по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 98%. В предпочтительном варианте реализации α-амилаза представляет собой полипептид с SEQ ID NO: 3 или его функциональный гомолог, имеющий с ним идентичность последовательностей по меньшей мере 70%, например, по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере 85%, например, по меньшей мере 90%, например, по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 98%.
В одном варианте реализации водный раствор содержит по меньшей мере амилоглюкозидазу. Амилоглюкозидаза также известна как глюкан-1,4-α-глюкозидаза или глюкоамилаза.
Амилоглюкозидаза согласно настоящему изобретению представляет собой фермент, который может катализировать гидролиз концевых (1→4)-связанных остатков α-D-глюкозы, следующих за невосстанавливающимися концами цепей, с высвобождением β-D-глюкозы. В частности, амилоглюкозидаза согласно настоящему изобретению может представлять собой амилоглюкозидазу, классифицированную по ЕС 3.2.1.3.
Одним из примеров амилоглюкозидазы является Uniprot: B0CVJ1, где описан полипептид из Laccaria bicolor. Другие примеры представляют собой амилоглюкозидазы из Trametes cingulata, описанные в WO 2006/069289.
Амилоглюкозидаза также может представлять собой амилоглюкозидазу из грибков Gloeophyllum, например, из G. abietinum, G. sepiarium или G. trabeum. Такие амилоглюкозидазы могут представлять собой, например, полипептид, содержащий аминокислотную последовательность, предпочтительно имеющую по меньшей мере 82%, более предпочтительно по меньшей мере 83%, более предпочтительно по меньшей мере 84%, более предпочтительно по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 86%, более предпочтительно по меньшей мере 87%, более предпочтительно по меньшей мере 88%, более предпочтительно по меньшей мере 89%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 91%, более предпочтительно по меньшей мере 92%, еще более предпочтительно по меньшей мере 93%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 94%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99% или даже 100% идентичность со зрелым полипептидом с SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16 или SEQ ID NO: 18, описанным в WO 2011068803.
Амилоглюкозидаза также может представлять собой амилоглюкозидазу из Penicillium oxalicum, например, как описано в публикации Yoshiki YAMASAKI, Agric. Biol. Chem., 41 (5), 755-762, 1977). Амилоглюкозидаза также может представлять собой полипептид, содержащий аминокислотную последовательность, предпочтительно имеющую по меньшей мере 61,5%, более предпочтительно по меньшей мере 63%, более предпочтительно по меньшей мере 65%, более предпочтительно по меньшей мере 68%, более предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, более предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 91%, более предпочтительно по меньшей мере 92%, еще более предпочтительно по меньшей мере 93%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 94%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 96%, 97%, 98%, 99% или 100% идентичность последовательностей со зрелым полипептидом с SEQ ID NO: 2, описанным в WO 2011127802.
Амилоглюкозидаза также может представлять собой любые варианты глюкоамилазы, описанные WO 2012/001139. Так, например, амилоглюкозидаза может представлять собой полипептид, содержащий аминокислотную последовательность, предпочтительно имеющую по меньшей мере 61,5%, более предпочтительно по меньшей мере 63%, более предпочтительно по меньшей мере 65%, более предпочтительно по меньшей мере 68%, более предпочтительно по меньшей мере 70%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, более предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 91%, более предпочтительно по меньшей мере 92%, еще более предпочтительно по меньшей мере 93%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 94%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 95%, например, по меньшей мере 96%, 97%, 98%, 99% или 100% идентичность последовательностей с полипептидом с SEQ ID NO: 1 или SEQ ID NO: 2, описанным в WO 2012/001139.
В другом варианте реализации амилоглюкозидаза может представлять собой одну из глюкоамилаз, описанных в публикации Svensson et al., Carlsberg Res. Commun. 48: 529-544 (1983); Boel et al., EMBO J. 3: 1097-1102 (1984); Hayashida et al., Agric. Biol. Chem. 53: 923-929 (1989); в патенте США №5024941; в патенте США №4794175, WO 88/09795; в патенте США №4247637; в патенте США №6255084; в патенте США №6620924; Ashikari et al., Agric. Biol. Chem. 50: 957-964 (1986); Ashikari et al., App.Microbio. Biotech. 32: 129-133 (1989), в патенте США №4863864; WO 05/052148, в патенте США №4618579; и в Houghton-Larsen et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 62: 210-217 (2003).
Амилоглюкозидаза также может представлять собой Diazyme (Dupont) и, в частности, DiazymeX4 (Dupont).
В одном варианте реализации водный раствор содержит по меньшей мере β-глюканазу.
β-Глюканаза согласно настоящему изобретению может представлять собой фермент, который может катализировать эндогидролиз (1→3)- или (1→4)-связей в β-D-глюканах, если остаток глюкозы, восстанавливающаяся группа которого участвует в связи, подлежащей гидролизу, сам замещен у С-3. В частности, β-глюканаза согласно настоящему изобретению может представлять собой β-глюканазные ферменты, классифицированные по ЕС 3.2.1.6.
β-Глюканаза может входить в состав ферментного комплекса или смеси ферментов. Так, β-глюканаза может быть представлена в форме любого из ферментных комплексов, описанных в WO 2010128140. β-Глюканаза также может быть представлена как Laminex (Dupont), предпочтительно как Laminex3G (Dupont).
В одном варианте реализации водный раствор содержит по меньшей мере 2, например, по меньшей мере 3, например, все следующие ферменты:
• α-амилаза (например, любая из α-амилаз, описанных выше)
• амилоглюкозидаза (например, любая из амилоглюкозидаз, описанных выше)
• ксиланаза (например, Laminex (Dupont))
• β-глюканаза (например, Laminex (Dupont))
• пуллуланаза (например, фермент NZ26062 (Novozymes))
Водный раствор может содержать фермент(-ы) в очищенной или частично очищенной форме. Так, фермент(-ы) может представлять собой очищенный фермент(-ы). Они также могут быть в форме неочищенного экстракта из организма, вырабатывающего данный фермент(-ы). Они также могут быть частично очищенными из такого неочищенного экстракта. Как описано ниже, фермент(-ы) также может быть представлен в форме микроорганизмов, вырабатывающих указанные ферменты, однако это менее предпочтительно.
Стадию приведения злаковых зерен в контакт с ферментом(-ами) также можно осуществлять так, как описано ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения». В частности, его можно осуществлять в качестве второй стадии способа, описанного в указанном разделе.
Выдерживание зерен
Способы согласно настоящему изобретению включают стадию выдерживания злаковых зерен до их прорастания. В настоящем документе указанная стадия также может быть упомянута как «стадия выдерживания». Обычно указанную стадию проводят после стадии приведения злаковых зерен в контакт с водным раствором, содержащим фермент(-ы), обладающий гидролазной активностью. Однако стадию выдерживания также можно осуществлять одновременно с указанной стадией приведения в контакт. Если стадию приведения в контакт осуществляют многократно, то стадию выдерживания можно разделять на промежуточные стадии, причем каждую промежуточную стадию осуществляют после стадии приведения в контакт.
В тех вариантах реализации, в которых злаковые зерна вымачивают в указанном водном растворе на стадии приведения в контакт, избыток водного раствора можно удалять из злаковых зерен, а затем злаковые зерна можно подвергать стадии выдерживания.
Как описано выше, стадию приведения в контакт также можно осуществлять посредством орошения злаковых зерен водным раствором, и в таком случае злаковые зерна можно удерживать в подходящем контейнере с орошением один или более раз в течение стадии удерживания.
Обычно стадию выдерживания злаковых зерен осуществляют до начала прорастания злаковых зерен. Так, стадию выдерживания можно осуществлять в течение от 1 до 10 часов, например, в течение от 2 до 8 часов, например, в течение от 1 до 5 часов, например, в течение от 4 до 6 часов.
Как описано выше, стадии приведения в контакт и выдерживания можно осуществлять по меньшей мере частично одновременно. Соответственно, стадии приведения в контакт и выдерживания злаковых зерен можно осуществлять в течение от 1 до 10 часов, например, в течение от 2 до 8 часов, например, в течение от 1 до 5 часов, например, в течение от 4 до 6 часов.
В одном варианте реализации стадии кондиционирования, приведения в контакт и выдерживания осуществляют в течение общего времени от 5 до 20 часов, например, от 6 до 15 часов, например, от 7 до 12 часов.
Указанную стадию можно проводить при любой температуре, обеспечивающей возможность прорастания злаковых зерен, например, при любой температуре, описанной ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения» в отношении температурных диапазонов воды, используемой для соложения. В одном варианте реализации стадию выдерживания осуществляют при температуре от 12 до 24°С, например, примерно 14°С.
Обычно содержание влаги в злаковых зернах на стадии выдерживания увеличивается. Предпочтительно, содержание влаги по окончании стадии выдерживания составляет по меньшей мере 20%, предпочтительно по меньшей мере 24%, еще более предпочтительно по меньшей мере 28%, например, от 28 до 50%.
Стадию выдерживания также можно осуществлять так, как описано ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения». В частности, его можно осуществлять в качестве третьей стадии способа, описанного в указанном разделе.
Сушка
Способы согласно настоящему изобретению могут включать стадию сушки пророщенных злаковых зерен до содержания влаги от 6 до 12%. Указанную стадию в данном документе упоминают также как «стадию сушки».
Стадию сушки можно осуществлять любым традиционным способом, например, обычной сушкой в печи. Как правило, сушку осуществляют при повышенных температурах, например, при типичных температурах от 50 до 80°С. Сушку в печи можно проводить при переменных температурах, например, температуру во время сушки можно повышать. Например, сушку можно проводить в температурном диапазоне от 50 до 65°С, причем температуру во время сушки повышают. В другом примере сушку можно проводить в температурном диапазоне от 50 до 80°С, причем температуру во время сушки повышают. Общее время сушки может составлять, например, от 3 до 10 часов, например, от 3 до 7 часов, например, от 3,5 до 6 часов. Обычно время сушки может быть больше при использовании более низких температур, и меньше при использовании более высоких температур.
Интересно, что ферменты, входящие в состав солода, полученного способами согласно настоящему изобретению, после сушки остаются активными. Примером этого является высокое содержание экстракта в солоде.
Стадию сушки также можно осуществлять так, как описано ниже в разделе «Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения». В частности, его можно осуществлять в качестве четвертой стадии способа, описанного в указанном разделе.
Свойства солода
Солод, полученный способами согласно настоящему изобретению, в данном документе может быть также упомянут как «эко-солод».
Способы согласно настоящему изобретению могут существенно сокращать продолжительность соложения, снижая требования к электроэнергии, но в то же время обеспечивать получение солода с высоким содержанием экстракта.
Так, солод, полученный способами согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеет содержание экстракта по меньшей мере 70%, предпочтительно по меньшей мере 73%, более предпочтительно по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 76% (в % сухого вещества). Экстрагирующую способность предпочтительно определяют в соответствии с Analytica-EBC (метод 4.5.1).
Пиво, сусло или солод может содержать диметилсульфид (DMS) или его предшественники. Высокое содержание DMS придает пиву вкус, который может быть нежелательным. Солод, полученный в соответствии с настоящим изобретением, часто содержит низкую концентрацию предшественников DMS (DMS-p). В некоторых вариантах реализации солод, полученный способами согласно настоящему изобретению, не содержит DMS-p в обнаруживаемых количествах. Концентрации DMS-p можно определять так, как описано, например, в примере 6 WO 2010/063288.
Получение солода посредством кондиционирования до геометрического соотношения
В соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения, способ получения зернового солода включает следующие стадии.
На первой стадии зерно кондиционируют до содержания влаги в зерне 15-80% и в течение не более одних суток с содержанием влаги в указанном диапазоне. Как установлено авторами настоящего изобретения в ходе их экспериментов, при предварительном выдерживании зерен с содержанием влаги в зерне от 10% до 30%, от 15 до 45%, от 15 до 80%, от 20 до 50%, от 20 до 70%, от 30 до 60%, от 45 до 70%, от 55 до 80%, от 60 до 90%, а также при рН воды в диапазоне от рН 3,5 до 4,5, от рН 4,0 до 6,2, от рН 4,0 до 8,7, от рН 4,7 до 7,2, от рН 5,3 до 8,9, от 6,5 до 8,5), наблюдали улучшенный массоперенос фермента в объем зерна. Не ограничиваясь конкретной теорией, авторы изобретения предполагают, что улучшение массопереноса фермента на последующих стадиях происходит благодаря обеспечению геометрического соотношения между размером каналов в зерне, разделяющих гранулы крахмала, и ранее измеренным гидравлическим диаметром молекулы фермента, которое может быть достигнуто как на стадии кондиционирования, так и на стадии введения пищевого фермента и последующем выдерживании зерна. Например, размер указанных каналов можно определять так, как описано в данном документе в примере 1. Гидравлический диаметр фермента(-ов) предпочтительно определяют in situ, например, во время или после стадии кондиционирования, стадии приведения в контакт и/или стадии выдерживания. Гидравлически диаметр можно определять, например, как описано ниже в примере 1. Следует понимать, что после достижения подходящих условий для стадии кондиционирования, стадии приведения в контакт и стадии выдерживания с получением требуемого геометрического соотношения, нет необходимости в определении геометрического соотношения для каждого повтора предложенного способа.
В зависимости от размера молекулы фермента, можно выбрать условия для кондиционирования и/или выдерживания зерен при заданном содержании влаги и рН для достижения требуемого геометрического соотношения. Зачастую фермент(-ы), обладающий гидролазной активностью, имеет гидравлический диаметр от 0,007 до 5 мкм, чаще от 0,001 до 0,1 мкм. Соответственно, в некоторых вариантах реализации средний диаметр каналов, разделяющих гранулы крахмала, может предпочтительно составлять по меньшей мере 5,5 мкм, например, средний диаметр каналов, разделяющих гранулы крахмала, может предпочтительно составлять от 0,0011 до 0,11. Амилоглюкозидаза может иметь гидравлический диаметр от 0,007 до 5 мкм, например, от 0,007 до 0,02 мкм и/или от 2 до 5 мкм. Соответственно, в некоторых вариантах реализации средний диаметр каналов, разделяющих гранулы крахмала, может предпочтительно составлять по меньшей мере 5,5 мкм или по меньшей мере 0,022 мкм. β-Глюканаза и/или ксиланаза могут иметь гидравлический диаметр от 0,007 до 3 мкм, например, от 0,007 до 0,02 мкм и/или от 0,3 до 3 мкм. Соответственно, в некоторых вариантах реализации средний диаметр каналов, разделяющих гранулы крахмала, может предпочтительно составлять по меньшей мере 3,3 мкм или по меньшей мере 0,022 мкм. α-Амилаза может иметь гидравлический диаметр от 0,04 до 2 мкм, например, от 0,04 до 0,1 мкм и/или от 0,5 до 2 мкм. Соответственно, в некоторых вариантах реализации средний размер каналов, разделяющих гранулы крахмала, может предпочтительно составлять по меньшей мере 2,2 мкм или по меньшей мере 0,11 мкм.
В вариантах реализации настоящего изобретения, в частности, при использовании смеси ферментов, указанное геометрическое соотношение может быть выбрано в соответствии с только одним из ферментов смеси, в соответствии со средним значением гидравлических диаметров ферментов в смеси или в соответствии с тем ферментом смеси, который имеет наибольший гидравлический диаметр. Обычно выбирают среднее значение гидравлических диаметров ферментов в смеси. Поскольку размер каналов между гранулами крахмала может со временем изменяться, в настоящем изобретении предусмотрено также, что указанное соотношение может быть сначала достигнуто для ферментов меньшего размера, но во время стадии выдерживания (например, во время третьей стадии) может быть достигнут также соответствующий диаметр для более крупных ферментов. Так, не ограничиваясь теорией, полагают, что некоторые ферменты смеси могут начинать проникать, как только соотношение между минимальным гидравлическим диаметром фермента(-ов) и средним диаметром каналов, разделяющих гранулы крахмала, достигает 0,9 или менее, и проникновение ферментов может продолжаться до достижения соотношения между максимальным гидравлическим диаметром фермента(-ов) и средним диаметром каналов 0,9 или менее.
На второй стадии вводят пищевой фермент или смесь пищевых ферментов в водном растворе посредством орошения и/или вымачивания зерна. Данную стадию можно проводить один или более раз. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения пищевой фермент выбран из группы, состоящей, но не ограничиваясь этим, из амилоглюкозидазы, протеазы, α-амилазы, β-глюканазы, ксиланазы, пуллуланазы, липоксигеназы, изомеразы, липазы, протеазы или их комбинаций. Указанная изомераза, в частности, может представлять собой глюкоизомеразу.
На третьей стадии зерно предпочтительно выдерживают, при необходимости до достижения геометрического соотношения размера каналов между гранулами крахмала и предварительно измеренным гидравлическим диаметром белковой молекулы фермента, если это уже не достигнуто на стадии кондиционирования, до его прорастания с массопереносом фермента из водной фазы в объем зерна.
В предпочтительном варианте реализации коэффициент массопереноса фермента из водного раствора в объем зерна достигает по меньшей мере 50%, предпочтительно от 50 до 90%, более предпочтительно от 60 до 95%, более предпочтительно по меньшей мере 80%, более предпочтительно от 80% до 99%.
Коэффициент массопереноса можно определять как отношение среднего содержания экстракта в солоде, полученном способом согласно настоящему изобретению, и среднего содержания экстракта, полученного затиранием ячменя в присутствии ферментов в затирающей жидкости. Один подходящий способ определения коэффициента массопереноса описан ниже в примере 3.
Ферменты, неактивные в процессе, подробно описанном выше, обычно остаются связанными с поверхностью зерна. Вероятно, такая остаточная ферментативная активность на поверхности зерна обеспечивает «закрывание» поверхностных пор, предотвращая нейтрализацию внутренней ферментативной активности.
На четвертой стадии зерно сушат до содержания влаги 6-12%.
В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения температурный диапазон для воды, используемой для соложения, составляет от 5 до 35°С, от 10 до 40°С, от 20 до 50°С, от 30 до 60°С, от 5 до 30°С, от 10 до 20°С. Например, третью стадию можно осуществлять при вышеуказанных температурах. В предпочтительных вариантах реализации рН воды, используемой для соложения, составляет от рН 4 до 8,7, от рН 3,5 до 4,5, от рН 4,0 до 6,2, от рН 4,0 до 8,7, от рН 4,7 до 7,2, от рН 5,3 до 8,9 или от рН 6,5 до 8,5. Вода, используемая для соложения, может представлять собой водный раствор, содержащий пищевой фермент(-ы).
В некоторых вариантах реализации дополнительно используют кофакторы. Так, водный раствор может содержать один или более кофакторов. В предпочтительном варианте реализации в качестве кофакторов используют ионы кальция, которые добавляют в водный раствор для соложения в концентрации 80-1200 мг/л.
В соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, способ получения зернового солода включает следующие стадии.
На первой стадии осуществляют кондиционирование зерна для достижения содержания влаги в зерне 15-80% и в течение не более одних суток при содержании влаги в указанном диапазоне. Благодаря указанному содержанию влаги (15-80%), а также рН воды (рН 4-8,7) можно наблюдать образование микроструктуры зерна, которая на последующих стадиях может обеспечивать улучшенный массоперенос фермента в объем зерна, что может быть основано на достижении геометрического соотношения между размером каналов, разделяющих гранулы крахмала, и предварительно измеренным гидравлическим диаметром фермента.
На второй стадии можно вводить предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента, посредством орошения и/или вымачивания зерна. Данную стадию можно осуществлять один или более раз. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения предварительно выращенные микроорганизмы, обладающие активностью фермента, выбраны из Aspergillus niger, Bacillus licheniformis, Talaromyces emersonii, Trichoderma longibrachiatum, Bacillus amyloliquefaciens. В наиболее предпочтительном варианте реализации указанные культуры микроорганизмов вырабатывают ферменты, выбранные из амилоглюкозидазы, протеазы, α-амилазы, β-глюканазы, ксиланазы, пуллуланазы, липоксигеназы, изомеразы (например, глюкоизомеразы), липазы, протеазы или их комбинаций. Однако объем настоящего изобретения не ограничен вышеуказанным перечнем микроорганизмов и ферментов.
На третьей стадии зерно предпочтительно выдерживают, при необходимости до достижения геометрического соотношения размера каналов между гранулами крахмала и предварительно измеренным гидравлическим диаметром белковой молекулы фермента, и до его прорастания с массопереносом фермента из водной фазы в объем зерна. В предпочтительном варианте реализации массоперенос фермента из водного раствора в объем зерна достигает коэффициента массопереноса по меньшей мере 80%. Указанный коэффициент можно определять так, как описано выше. Остальная часть ферментов остается на поверхности зерна. Такая поверхностная активность ферментов может обеспечивать «закрывание» пор, предотвращая нейтрализацию или испарение внутренней активности с водой во время сушки зерна до требуемого содержания влаги.
На четвертой стадии зерно сушат до содержания влаги 6-12%.
В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения температурный диапазон воды, используемой для соложения, составляет от 5 до 65°С, от 10 до 40°С, от 20 до 50°С, от 30 до 60°С, от 5 до 30°С или от 10 до 20°С. В предпочтительных вариантах реализации рН воды, используемой для соложения, составляет от рН 4 до 8,7, от рН 3,5 до 4,5, от рН 4,0 до 6,2, от рН 4,0 до 8,7, от рН 4,7 до 7,2, от рН 5,3 до 8,9 или от рН 6,5 до 8,5.
В некоторых вариантах реализации дополнительно используют кофакторы. В предпочтительном варианте реализации в качестве кофакторов используют ионы кальция, которые добавляют в водный раствор для соложения в концентрации 80-1200 мг/л.
В другом варианте реализации указанный способ дополнительно включает стадию введения в водный раствор пищевого фермента, обладающего гидролазной активностью. В предпочтительном варианте реализации указанный дополнительно введенный пищевой фермент выбран из группы, содержащей, но не ограничиваясь этим, амилоглюкозидазу, протеазу, α-амилазу, β-глюканазу, ксиланазу, пуллуланазу, липоксигеназу, изомеразу (например, глюкоизомеразу), липазу, протеазу или их комбинации. Как правило, дополнительное введение пищевого фермента осуществляют на второй стадии способа, описанного в настоящем документе. Это можно осуществлять до, после или одновременно с введением предварительно выращенных микроорганизмов, обладающих активностью фермента гидролазы.
В некоторых вариантах реализации предложенный способ дополнительно включает стадию температурной инактивации микроорганизмов.
Различные варианты реализации способа получения зернового солода, которые описаны в настоящем изобретении, характеризуются коротким временем соложения (не более одних суток), а также тем фактом, что в процессе соложения не образуется DMS-p, который является соединением, который впоследствии ухудшает органолептические свойства пива.
В соответствии с другим альтернативным вариантом реализации, настоящее изобретение относится к солодовому продукту, полученному одним из вышеописанных способов, который характеризуется содержанием экстракта по меньшей мере 75% сухого вещества, истираемостью по методу Analytica-EBC 4.15 не более 75%, а также отсутствием предшественников DMS. Указанный продукт может быть получен из зерна, независимо от состояния шелухи, благодаря созданию технологических условий для переноса фермента из водного раствора в объем зерна. Фермент может сохраняться в термических условиях сушки и инактивации микроорганизмов. Контролируя параметры среды (например, содержание влаги, рН), можно осуществить предложенный принцип геометрического соотношения ферментов и внутренней структуры подготовленного зерна. В результате получают эко-солод, продукт улучшенного качества, Без активации соединений, которые являются предшественниками диметилсульфида (DMS-p).
ПРИМЕРЫ
Пример 1
ДОСТИЖЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ РАЗМЕРОМ КАНАЛОВ, РАЗДЕЛЯЮЩИХ ГРАНУЛЫ КРАХМАЛА, И ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ДИАМЕТРОМ ФЕРМЕНТА.
Используя микроскопию или томографию, измеряли диаметр канала между гранулами крахмала (А). На фиг. 1 представлены микрофотографии гранул крахмала (поперечный срез ячменного зерна) для «быстрого» солода (а), классического солода (b) и эко-солода, полученного способом, описанным в настоящем изобретении (с). Более темные области представляют собой гранулы крахмала, а более светлые области представляют собой каналы между гранулами крахмала. Средний диаметр крахмального канала можно определить на основании измерений для выявления среднего фактического расстояния, разделяющего гранулы крахмала. Средний диаметр крахмального канала можно определить с помощью оптического и/или электронного микроскопа при различной влажности зерна, с последующим измерением репрезентативных диаметров каналов и определением среднего значения. Распределение воды в зависимости от структуры зерна и расчет среднего диаметра крахмальных каналов в зерне также можно осуществить с помощью ЯМР слабого поля (например, с использованием устройства формирования и анализа изображений ЯМР NMI20 (NIUMAG, Китай)). Флуктуации среднего диаметра канала между крахмальными гранулами составляли 0,009-2 мкм, в зависимости от влажности.
Используя методы фотонно-корреляционной спектрометрии и динамического светорассеяния, рассчитывали гидравлический диаметр ферментов (В), т.е. диаметр молекулы фермента в водном растворе при различных условиях. Оптимально, диаметр следует определять в аутентичных системах, т.е. в тех условиях, в которых злаковые зерна приводят в контакт с водным раствором, содержащим фермент(-ы). Более конкретно, гидравлический диаметр определяли с помощью динамического светорассеяния в соответствии со стандартом ISO 22412, используя прибор Nanotrac Wave (Microtrac, США), а также фотонно-корреляционной спектрометрией методом DLS с 180°, используя прибор NANO-flex (ParticleMetrix, Германия). Флуктуации среднего гидравлического диаметра ферментов обычно составляли 0,001-0,1 мкм.
На фиг. 2 представлены результаты измерения гидравлических радиусов молекул различных ферментов, в частности, данные для ферментных препаратов Diazyme (амилоглюкозидаза), Termamyl (α-амилаза) и Laminex 3G (комплексный ферментный препарат, содержащий β-глюканазу и ксиланазу). Изменяя некоторые физические факторы (такие как содержание влаги и необязательно рН воды), достигали определенного значения В/А, например, В/А≤0,9. При указанном соотношении создаются условия, которые предположительно улучшают массоперенос фермента из водного раствора в зерно.
Пример 2
РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ СОЛОДОМ, ПОЛУЧЕННЫМ СПОСОБОМ СОГЛАСНО НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ, И СОЛОДОМ, ПОЛУЧЕННЫМ СТАНДАРТНЫМ СПОСОБОМ.
В данном эксперименте использовали ячменные зерна неошелушенного сорта. Температура воды для вымачивания зерна составляла 14°С, рН воды составлял 7,4, и проводимость составляла 120 мкСм.
Ячменные зерна вымачивали (стадия кондиционирования) в течение 2,5 часов, затем выдерживали в течение 4 часов для прорастания (с паузой на воздухе). Затем добавляли экзогенные ферменты и выдерживали зерна в течение 1,5 часа. Зерна сушили в печи в течение 8 часов.
Исходное содержание влаги в ячменных зернах составляло 11,1%. Содержание влаги доводили до 24% во время вымачивания и наблюдали, что ферменты проникали в зерна при содержании влаги 28%.
Образцы «быстрого солода» (время соложения 3 дня), классического солода (время соложения 6 дней) и эко-солода, полученного в соответствии с настоящим изобретением (время соложения указано выше) подвергали микро-соложению в стандартных условиях. В процессе получения эко-мальта использовали в качестве ферментного препарата использовали комбинацию Diazyme (Dupont), Laminex 3G (Dupont) и Termamyl (Novozymes, Дания) (D+3G+T). Содержание экстракта (в % сухого вещества) рассчитывали в соответствии с Analytica-EBC (метод 4.5.1).
В таблице 1 показано различие в содержании экстракта между исследованными типами солода. Полученные данные свидетельствуют о том, что содержание экстракта в эко-солоде, полученном за короткое время соложения, сопоставимо с содержанием экстракта в классическом солоде, полученном стандартным способом соложения с временем соложения 6 дней. Соответственно, способ соложения согласно настоящему изобретению обеспечивает получение солода с качеством, сопоставимым с классическим солодом, но за существенно более короткое время. В то же время «быстрый» солод характеризуется наименьшим значением содержания экстракта. Солод, полученный способом согласно настоящему изобретению, также характеризуется истираемостью 74%, измеренной в соответствии с методом Analytica-EBC 4.15. В солоде не обнаружены предшественники DMS.
Пример 3
ПРОВЕРКА КОЭФФИЦИЕНТА МАССОПЕРЕНОСА ФЕРМЕНТА.
Для оценки значимости массопереноса фермента из водного раствора в объем зерна, который в соответствии с настоящим изобретением составляет не менее 80% при расчете способом, описанным в данном примере, образцы ячменя анализировали следующим образом. Эко-солод получали по существу так, как описано в примере 2. Препарат фермента, использованный в процессе получения эко-солода, представлял собой комбинацию Diazyme (2 г/кг) и Laminex 3G (1 г/кг) (D+3G) или Diazyme (2 г/кг), Laminex 3G (1 г/кг), фермент NZ26062 (1 г/кг) (Novozymes, дания) и Termamyl SCDS (0,5 enmark) (D+3G+P+T). Количество фермента указано на кг ячменных зерен. Содержание экстракта (в % сухого вещества) рассчитывали в соответствии с Analytica-EBC (метод 4.5.1). В качестве контроля использовали образцы сухого ячменя.
Эко-солод получали из того же сорта ячменя, который использовали в качестве контроля. Для определения коэффициентов переноса использовали такую же массу фермента для получения эко-солода (указанного в столбце таблицы «Ферменты для соложения»), как и для получения сусла из сухого ячменя (указанного в столбце таблицы «Водный раствор ферментов для молотого ячменя»). Отношение средних значений содержания в них экстракта представляет собой коэффициент массопереноса фермента. Для расчета указанного отношения использовали среднее значение содержания экстракта, полученное для двух повторений, указанное в последнем столбце таблицы 2.
Так, например, для системы D+3G коэффициент массопереноса равен
а для системы D+3G+P+T коэффициент массопереноса равен
Таким образом, результаты, представленные в таблице 2, демонстрируют, что на основании содержания экстракта (в пересчете на % сухого вещества) значение коэффициента массопереноса для эко-солода составляло 98%.
Таким образом, способ получения солода, предложенный в настоящем изобретении, может существенно сокращать время соложения (до одних суток) и способствовать экономии электроэнергии. Следовательно, весь процесс получения солода заметно сокращен. В частности, отмечали до 90% экономии энергии по сравнению со стандартными способами соложения. Кроме того, предложенный способ характеризуется отсутствием жестких требований к температуре и солевому составу воды, используемой для соложения. Кроме того, предложенный способ может быть экологически благоприятным, поскольку обычно не образуются отходы, такие как проростки, промывочная вода и высокие концентрации ХПК и БПК, которые образуются при использовании обычных способов. В частности, может иметь место случай, в котором используют лишь такое количество воды, которого достаточно для достижения требуемого содержания влаги, поэтому сточная вода не образуется. Солодовый продукт (эко-солод), полученный при осуществлении биологического режима соложения злаковых с шелухой или без шелухи, также характеризуется улучшенным качеством, в частности, гораздо более высоким содержанием экстракта и, кроме того, его последующее применение в пивоваренной промышленности обеспечивает возможность улучшения органолептических свойств пива, поскольку при соложении не образуется DMS-p.
Пример 4
Получали сусло с содержанием экстракта в сусле 11° Плато и 78% сбраживаемых Сахаров. Указанные 78% означают количество сбраживаемых Сахаров в процентах от общего сухого вещества.
Для получения такого сусла из 100% эко-солода, полученного способами согласно настоящему изобретению, использовали следующие количества ферментов (в г на кг ячменных зерен):
Diazyme (2 г/кг),
Laminex 3G (1 г/кг),
26062 (1 г/кг) и
Termamyl (1 г/кг).
Альтернативно, для получения сусла использовали 100% несоложеные ячменные зерна, во время затирания добавляли следующие количества ферментов для получения сусла со свойствами, указанными выше. Ниже указаны количества (г на кг
ячменных зерен).
Diazyme (2,4 г/кг),
Laminex 3G (1,8 г/кг),
26 062 (1,4 г/кг) и
Termamyl (2,2 г/кг).
Проверяли, можно ли еще больше уменьшить количество фермента. Соответственно, способами согласно настоящему изобретению получали дополнительное сусло. Использовали следующее количество ферментов (г на кг ячменных зерен):
Diazyme (1,5 г/кг),
Laminex 3G (1 г/кг), и
Termamyl (0,5 г/кг).
Полученное сусло также соответствовало содержанию экстракта и сбраживаемых Сахаров.