Способ и аппарат для обработки зерен злаков (варианты), обработанные зерна и их применение (варианты) - RU2214098C2

Чертежи

Показать все 17 чертежа(ей)

Описание

Область техники
Изобретение относится к способу обработки зерен (семян) хлебных злаков с целью уменьшения в них содержания плесеней. Кроме того, оно относится к обработанным зернам хлебных злаков, соответствующим продуктам, изготовленным из них, а также к их применению в солодовой, пивоваренной, пищевой и кормовой индустрии, в частности к способу соложения. Далее, изобретение относится к аппаратам для обработки зерен хлебных злаков с целью уменьшения в них содержания плесеней. Более конкретно, способ согласно изобретению позволяет уменьшить содержание плесеней в зернах хлебных злаков без отрицательного воздействия на прорастание зерен. Этот фактор особенно важен в процессе соложения зерен.

Уровень техники
Плесени можно обнаружить в любой сфере природы, например в почве и воздухе, откуда они распространяются на растущие зерна. Хотя плесени таким образом относятся к естественной флоре зерна, их присутствие в большом количестве наносит вред, поскольку может понизить качество зерна и изготовленного из него солода. В частности, они могут производить различные вредные для здоровья микотоксины. Кроме того, они могут, например, уменьшить прорастаемость зерна и рост микробов, что вредно не только для семенного зерна, но и для соложения зерна. Было показано также, что пиво, сваренное из сильно зараженного зерна и солода, имеет тенденцию к вспениванию, что является серьезной проблемой для пивоваренной индустрии. Вспенивание отчасти возникает из-за метаболитов, произведенных Fusarium и другими плесенями, причем указанные метаболиты сохраняются в процессе пивоварения.

Зерна подвергаются воздействию плесеней сразу же после их посева в почву. Рост плесени зависит от многих факторов, в частности от влаги, температуры и времени. Другими важными факторами является внесение питательных веществ и кислорода, а также конкуренция между микроорганизмами. Рост зерна подавляется так называемыми полевыми грибками, из которых наиболее распространенными являются Alternaria, Aureobasidium, Cladosporium, Epicoccum, Fusarium, Cochliobolus, Drechslera и Pyrenophora. Некоторые из полевых грибков относятся к растительным патогенам, наиболее вредными из которых являются Fusarium graminearum и F. culmorum. Болезни растений вызывают также Cochliobolus sativus и Fusarium ssp., которые могут быть очень вредны и для процесса соложения. Особо благоприятные условия для роста плесеней Fusanium создает влажная погода в течение периода вызревания и жатвы колосьев.

После жатвы зерно необходимо быстро высушить, чтобы предотвратить дальнейшее воспроизведение плесеней. В соответствующим образом высушенном зерне (содержание влаги приблизительно 12-13%) полевые грибки не могут самовоспроизводиться, но они остаются живыми и в случае воздействия влажных условий снова самовоспроизводятся. При плохом хранении зерно поражается так называемыми складскими грибками, а именно Aspergillus и Penicillium, которые выживают в условиях низкой влажности. Складские грибки также понижают качество зерна и подвергают риску здоровье как тех, кто обрабатывает зараженное зерно, так и тех, кто его потребляет.

Когда зерно подвергают соложению, влажность его снова увеличивается до 45-50%, обеспечивая снабжение кислородом, под воздействием которого зерно начинает прорастать. Однако условия, существующие в течение процесса соложения, пригодны не только для прорастания, но также и для роста плесеней. Плесени в большом количестве для указанного процесса вредны.

Соложение имеет своей целью произвести в зерне эффективные физические, химические и биохимические изменения. Процесс соложения содержит три главные стадии: замачивание, прорастание и сушку. Сначала очищенное и просеянное зерно замачивают в воде для получения адекватного содержания влаги. Когда зерна имеют достаточное содержание влаги, они прорастают при 13-16^oС обычно, по меньшей мере, за пять дней. Таким образом получают "зеленый солод". Настоящий солод производят высушиванием зеленого солода при контролируемых условиях, при которых температуру медленно повышают от приблизительно 45^oС до приблизительно 85^oС, посредством чего содержание влаги уменьшается приблизительно до 4%. После высушивания корешки удаляют и их можно использовать в качестве корма для животных. Солод можно также переработать в экстракт солода, например, для пищевой индустрии.

Во время соложения уже на стадии замачивания содержание плесеней в зерне может увеличиться и оно дополнительно увеличивается на стадии прорастания. Нормальная сушка солода также не уменьшает существенно содержание плесеней в зернах.

Солод главным образом применяют для варки пива, но используют его также и для производства дистиллированных спиртов. Процесс варки включает в себя производство сусла, главное брожение и дображивание, а также завершающую обработку. Сначала солод размалывают, размешивают в воде и нагревают. Во время этого "суслования" активированные соложением энзимы разрушают крахмал зерна до уровня cахаров, способных к сбраживанию. Полученное сусло очищают, добавляют дрожжи, смесь сбраживают и проводят завершающую обработку.

Известно, что многие плесени производят токсичные соединения, в том числе микотоксины, которые могут повредить здоровью животных и людей. Они могут также нанести вред процессам соложения и пивоварения. Таким образом, если в зерне присутствует большое количество плесеней, вероятность присутствия микотоксинов также повышается. Наиболее изученные растущие в зерне микотоксины происходят от плесеней Fusarium, Cochliobolus sativus, Aspergillus и Penicillium.

Некоторые разновидности плесеней Fusarium не только являются патогенами зерен, но представляют собой также потенциальные источники различных микотоксинов. К особо важным микотоксинам относятся трихотецены, зеараленоны (ЗЕН) и их производные, фумонизины, монилиформин, фусарохроманоны и фусаровая кислота. Идентифицировано и охарактеризовано более 100 различных трихотеценов. Наибольшее внимание было сфокусировано на трихотеценах Типа А, включающих токсин Т-2, неосоланиол (НЕО) и диацетоксисцирпенол (ДАС), и на трихотеценах Типа Б, содержащих деоксиниваленол (ДОН, т.е. вомитоксин) и его ацетильные производные (3-АДОН и 15-АДОН), ниваленол (НИВ) и фусаренон X. Микотоксины Fusarium и воздействующие на них факторы описаны в разделе J.P. F. D'Mello, A.M.C. Macdonald: Some Factors Aggecting the Production of Fusarium Mycotoxins (Некоторые факторы, воздействующие на получение микотоксинов Fusarium), стр. 35-44 публикации J.P.F. D'Mello: Mucotoxins in cereals: An Emerging Problem? , Handbook for Fourth SAC Conference, October 1996, Edinburgh).

В главе "Микотоксины в соложении и пивоварении" из вышеуказанной публикации (стр. 45-55) обсуждаются воздействия микотоксинов на процессы солодовой и пивоваренной индустрии. Утверждается, например, что вредное воздействие плесеней Cochliobolus sativus и Fusarium ssp на прорастаемость связано, по меньшей мере, частично с производством ими микотоксинов или других фитотоксичных метаболитов. Трихотецены, производимые Fusarium ssp, являются ингибиторами синтеза протеинов и таким образом уменьшают производство альфа-амилазы, важной для соложения. Кроме того, в сусле уменьшаются концентрации азота альфа-аминогрупп. Плесени Fusarium во время соложения могут производить ДОН и зеараленон. Зерно и солод могут быть заражены произведенными Penicillium verrucosum или Aspergillus clavatus токсинами, которые вызывают аллергическую болезнь легких. Токсин Т-2 и другие потенциальные трихотецены могут замедлять брожение, но ДОН воздействует на нее слабо, хотя и может присутствовать в сусле. В дистиллированных спиртах микотоксины не обнаружены, но ДОН, ниваленол, фумонисины, афлатоксины, охратоксин А и некотрые другие микотоксины были найдены в пиве, хотя и в низких концентрациях. Похоже, что вспениваемость пива коррелирует с зеараленоном или ДОН. Степень риска для здоровья людей при потреблении пива, зараженного микотоксинами, до сих пор не определена, но неоспоримо токсичное воздействие микотоксинов на домашний скот, потреблявший зараженные побочные продукты соложения и пивоварения. Например, в высоких концентрациях ДОН был обнаружен в корешках, применяемых в качестве корма для животных, а афлатоксины, зеараленоны и охратоксин А нашли в отходах сусла.

Для проблем, относящихся к наличию плесеней в зерне и солоде, предлагались различные решения. Естественно, главная их цель заключается в высушивании зерна сразу же после жатвы и в хранении его в сухом виде. Уже на поле рост плесеней может быть заторможен опрыскиванием их пестицидами. Были выведены различные хлебные злаки с генотипом, устойчивым, например, к болезням Fusarium. Были сделаны попытки уменьшить вредные воздействия плесеней в соложении и пивоварении, например, введением микробицидных веществ, таких как формальдегид, в воду для замачивания. Широкомасштабное применение формальдегида, однако, запрещается по причинам, связанным со здоровьем. Не удалось найти какого-либо безопасного химического препарата широкого применения. С другой стороны, хорошие результаты дало добавление молочнокислых бактерий или приготовленных из них препаратов во время процесса прорастания (WO94/16053). Воздействие таких бактерий при предотвращении роста плесеней, по меньшей мере, частично связано с производимыми ими микробицидными веществами.

Из патента США 4903414 известны также аппарат и способ обработки злаков и зерен с подавлением микроорганизмов посредством пара. Однако известный способ представляет собой очень грубый метод воздействия, осуществляемый без учета неблагоприятного влияния на прорастаемость зерен.

Сущность изобретения
Создателями настоящего изобретения, причем неожиданно, был открыт способ уменьшения содержания плесеней в зернах хлебных злаков физическими средствами. Таким образом, изобретение позволяет естественным образом понизить указанные выше болезнетворные воздействия плесеней или вообще избежать их без необходимости применения химических пестицидов или каких-либо других добавок.

Настоящее изобретение обеспечивает средства для уменьшения содержания плесеней в зернах хлебных злаков без отрицательного воздействия на параметры прорастания зерна. Таким образом, изобретение позволяет улучшить качество зерна, в частности зерна для соложения и семенного зерна. Одновременно с уменьшением содержания плесеней изобретение обеспечивает также средства для ослабления вредных воздействий плесеней. Указанные воздействия, которых можно избежать с помощью предложенных в изобретении средств, включают в себя формирование микотоксинов, пониженную прорастаемость, пониженное производство энзимов, заторможенный рост корешков, заторможенное брожение, вспениваемость пива и угрозу здоровью животных и людей.

Характерной особенностью предлагаемого изобретением способа обработки зерен хлебных злаков (семян) является тепловое воздействие на зерна при такой температуре и в течение такого периода времени, чтобы содержание плесеней уменьшалось, но прорастаемость оставалась прежней, для чего температуру зерен, подлежащих обработке, повышают до 60-100^oС на 0,5-30 с. Тепловую обработку осуществляют преимущественно влажным теплом, в частности паром. В этом случае температуру зерен, подлежащих обработке, повышают до 70-90^oС на 1-15 с.

Обработке предпочтительно подвергают зерна, подлежащие проращиванию. Эти зерна, в частности, могут быть зернами ячменя, подлежащего соложению. Зерна предпочтительно подвергают нагреву при такой температуре и в течение такого периода времени, чтобы при сохранении прорастаемости в них уменьшилось содержание плесеней Fusarium и микотоксинов. В частности, зерна могут быть подвергнуты нагреву при такой температуре и в течение такого периода времени, чтобы тенденция к вспениваемости пива, приготовленного из указанных зерен, уменьшилась.

После обработки к зернам, подлежащим проращиванию, на стадии прорастания добавляют молочнокислые бактерии
Зерно хлебных злаков согласно изобретению характеризуется тем, что его обрабатывают способом согласно изобретению, причем оно предпочтительно предназначено для использования в солодовой, пивоваренной, пищевой или кормовой индустрии.

Продукт из зерна хлебных злаков согласно изобретению характеризуется тем, что его изготавливают из зерна хлебных злаков согласно изобретению. Данный продукт предназначен преимущественно для использования в пивоваренной, пищевой или кормовой индустрии и, в частности, может представлять собой солод. Изобретение относится также к способу соложения указанных зерен хлебных злаков, обработанных способом по настоящему изобретению. Способ соложения по настоящему изобретению включает стадии замачивания, прорастания и сушки и дополнительно характеризуется тем, что во время соложения к указанным зернам добавляют молочнокислые бактерии.

Аппарат согласно изобретению, предназначенный для обработки зерен хлебных злаков, отличается тем, что он содержит транспортные средства для транспортировки зерен хлебных злаков, средства подачи пара для обработки зерен хлебных злаков паром и средства воздушного охлаждения для охлаждения зерен хлебных злаков воздухом. Для этого средства подачи пара расположены в направлении транспортировки транспортными средствами перед средствами воздушного охлаждения. Транспортные средства предпочтительно содержат бесконечную конвейерную ленту с отверстиями и управляющие средства для регулирования скорости конвейерной ленты. Средства подачи пара предпочтительно содержат средства для регулирования давления пара и несколько паровых сопел, расположенных выше и ниже конвейерной ленты. При этом средства воздушного охлаждения содержат источник сжатого воздуха, выполненный с возможностью питания нескольких воздушных сопел.

Другой вариант аппарата согласно изобретению характеризуется тем, что он содержит загрузочный бункер для загрузки зерен, вертикальную трубу, содержащую контрольный конус для рассеивания зерен, и средства подачи пара для обработки зерен паром. Данный вариант аппарата предпочтительно содержит дополнительно по меньшей мере два контрольных конуса, верхний из которых содержит средства перемещения конуса, и средства в форме колец с отверстиями для подачи пара, причем указанные кольца охватывают внутреннюю поверхность трубы.

Зерна хлебных злаков представляют собой живой материал, который обычно следует обрабатывать мягким образом, чтобы избежать воздействия на его жизнеспособность. Хорошо известно также, что плесени достаточно хорошо переносят контролируемую тепловую обработку, применяемую для сушки зеленого солода. Поэтому представляется удивительным тот факт, что зерна хлебных злаков можно подвергнуть тепловой обработке таким образом, при котором содержание в них плесеней уменьшится, но их прорастаемость не ослабнет. В действительности описанная ниже тепловая обработка была сначала испытана на зеленом солоде, для которого она не была пригодна, т.к. энзимная активность солода полностью исчезала и зерно "умирало". Таким образом, не ожидалось, что содержание плесеней в не подвергнутом соложению зерне хлебных злаков можно минимизировать надлежащей тепловой обработкой без ущерба для жизнеспособности зерна, выражающейся в виде параметров прорастания и жизнеспособности энзимов, например активности α-амилазы и β-глюканазы, играющих важную роль во время прорастания.

Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 показан аппарат для обработки зерен хлебных злаков с целью уменьшения в них содержания плесеней.

Фиг. 2 иллюстрирует воздействие тепловой обработки на количество зерен, зараженных плесенями, в процессе соложения партии 50 кг.

Фиг. 3 иллюстрирует воздействие тепловой обработки и добавления закваски из молочнокислых бактерий на количество зерен, зараженных плесенями Fusarium, в процессе соложения партии 1 кг.

На фиг.4 показан другой аппарат для обработки зерен хлебных злаков с целью уменьшения в них содержания плесеней.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Согласно изобретению содержание плесеней в зернах хлебных злаков уменьшается тепловой обработкой зерен. Тепловая обработка согласно изобретению понижает также содержание микотоксинов в зернах и тенденцию к вспениваемости пива, приготовленного из обработанных зерен или из приготовленного из них солода. Способ согласно изобретению применим, в частности, к понижению количества плесеней Fusarium. Зерна хлебных злаков, подвергаемые обработке согласно изобретению, представляют собой обычно семена, высушенные в хранилище промолоченного зерна. Они предпочтительно являются семенным материалом, предназначенным для проращивания, и, в особенности, зернами хлебных злаков, предназначенными для соложения. Наилучшие результаты достигаются, если на стадии прорастания к семенному материалу, подлежащему проращиванию и обработанному согласно изобретению, добавляют так называемую закваску, в данном случае препарат из молочнокислых бактерий или продукт, производимый этими бактериями. Закваска оказывает превентивное воздействие на рост микробов во время процесса прорастания. Зернами, пригодными для обработки согласно изобретению, являются, например, зерна таких хлебных злаков, как ячмень, рожь, пшеница, кукуруза и овес, при этом особенно пригоден ячмень.

Зерна хлебных злаков подвергаются нагреву согласно изобретению при такой температуре и в течение такого периода времени, которые достаточны для существенного уменьшения количества плесеней без ущерба для параметров прорастания, таких как способность к прорастанию и энергия прорастания. Очевидно, что чем выше примененные температуры, тем меньше времени требуется для обработки. В общем случае можно утверждать, что требуется короткая и энергичная тепловая обработка. Тепловую обработку зерен хлебных злаков можно проводить различными способами, а пригодные температуру и время можно менять в зависимости от примененных средств тепловой обработки. Существенным моментом является то, что параметры температуры и времени способа оптимизируют для значительного уменьшения содержания плесеней без ущерба для важных жизненных функций зерна, например прорастаемости. Пригодная температура обработки может составлять 60-100^oС, а время - 0,5-30 с, предпочтительно 70-90^oС и 1-15 с. Особенно критична температура, достигаемая в самом зерне, и ее длительность.

Тепловую обработку можно проводить, например, в сушильной камере. Кроме того, зерна можно нагреть высокочастотными волнами, например, радио- или микроволнами, при этом время обработки естественным образом зависит от мощности применяемого аппарата и количества зерна, подлежащего обработке. Однако наиболее обещающие результаты были получены обработкой зерна влажным теплом, например погружением зерен в горячую воду или обработкой их паром, что является наиболее предпочтительным. Естественно, зерна можно обрабатывать также воздухом, содержащим пар или воду.

Когда зерна обрабатывают паром, предпочтительно применять нагретый пар под избыточным давлением и предпочтительно таким образом, чтобы пар распылялся с различных направлений на достаточно тонкий слой зерен, например, толщиной приблизительно 0,5-2 см. На практике температура применяемого пара составляет обычно 100-140^oС (избыточное давление 0-2,5-10⁵ Н/м²), предпочтительно приблизительно 110-130^oС (избыточное давление приблизительно 0,4•10⁵-1,7•10⁵ Н/м²), более предпочтительно 115-125^oС (избыточное давление 0,7•10⁵-1,3•10⁵ Н/м²) и в особенности 120-125^oС (избыточное давление 1,0•10⁵-3•10⁵ Н/м²). При такой обработке предпочтительно повысить температуру зернового материала до приблизительно 70-85^oС, более предпочтительно до 75-79^oС и в особенности до 78-79^oС при рекомендуемом времени обработки соответственно приблизительно 1-15 с, предпочтительно 5-10 с и в особенности 4-6 с. На практике, чтобы избежать перегревания, которое может нанести ущерб прорастаемости, предпочтительно после тепловой обработки охладить зерна. Это можно осуществить, например, воздухом или водой.

В рамках изобретения зерном хлебных злаков может быть любое такое зерно, обработанное согласно изобретению. Это может быть, например, семя, т.е. семенное зерно, но предпочтительны прорастающие ячмень, рожь, пшеница, кукуруза или овсы и в особенности ячмень, подвергаемый соложению. Продукт из зерна хлебных злаков согласно изобретению изготовлен из указанного зерна. Частными примерами являются продукты пищевой, например мукомольной и кормовой, индустрии, но в особенности продукты солодовой и пивоваренной индустрии, такие как солод, солодовый экстракт, зеленый солод, корма, получаемые из процесса соложения, и пиво.

Зерна хлебных злаков согласно изобретению можно использовать для применения в пищевой и кормовой индустрии, например в мукомольном и пекарном деле. Предпочтительно применять их в соложении и пивоварении, в особенности в производстве солода, к которому во время процесса соложения, например на стадии замачивания или прорастания, добавляют молочнокислые бактерии. Продукты зерен хлебных злаков, полученные согласно изобретению, особенно хорошо применимы в пивоварении. Пиво главным образом получают из солода, но могут применяться и различные количества зерна, не подвергнутого соложению.

Аппарат, применяемый для обработки зерна с целью понижения содержания плесеней, показан на фиг.1. Аппарат содержит транспортные средства (1), средства (2) подачи пара и средства (3) воздушного охлаждения. Транспортные средства предпочтительно представляют собой бесконечный конвейер, более предпочтительно конвейерную ленту с отверстиями для сквозного прохождения пара и воздуха, причем отверстия должны быть настолько маленькими, чтобы через них не проваливались зерна. Например, пригодный размер отверстий для ячменя составляет 0,5-1 мм • 5-10 мм. Предпочтительно, чтобы скорость транспортных средств 1 была регулируемой, для чего они содержат оперативные управляющие средства 6, регулирующие скорость. В данном контексте оперативные средства 6 не описываются более детально, поскольку специалистам в этой области очевидно, что их легко спроектировать различными способами.

Средства (2) подачи пара у переднего конца транспортных средств, направляющие пар к подлежащим обработке зернам, предпочтительно содержат, по меньшей мере, одно сопло (4) для пара, а более предпочтительно - несколько расположенных последовательно паровых сопел, направляющих пар к подлежащим обработке зернам. Наиболее предпочтительно выполнить паровые сопла таким образом, чтобы пар мог распыляться в сторону подлежащих обработке зерен с различных направлений, например сверху и снизу, осуществляя максимально возможную равномерную обработку зерен. Возможен также вариант, в котором сопла для подачи пара расположены только выше конвейера 7. Средства 2 подачи пара предпочтительно приспособлены для пара при избыточном давлении, при этом рекомендуемое избыточное давление составляет 0,1•10⁵ Н/м²-2,5•10⁵ Н/м². Далее предпочтительно, чтобы средства подачи пара содержали средства (8) для регулирования давления пара.

Средства 3 воздушного охлаждения у выходного конца транспортных средств, охлаждающие обработанные паром зерна, содержат аппарат продувки воздухом, который предпочтительно содержит, по меньшей мере, одно сопло 5, а более предпочтительно - несколько расположенных последовательно воздушных сопел, направляющих воздух к подлежащим обработке зернам. Средства воздушного охлаждения, в частности, адаптированы к работе со сжатым воздухом и содержат источник 9 сжатого воздуха.

Далее, аппарат предпочтительно содержит также загрузочную воронку 11 для перемещения зерен к ленте 7 конвейера и отводящие средства 10 для удаления обработанных зерен. Предпочтительно, чтобы загрузочная воронка дополнительно содержала регулирующие средства 12, которыми может быть, например, диск для регулирования толщины слоя зерна, загруженного на ленту. Отводящие средства 10 содержат поворотную точку ленты конвейера, вблизи которой зерна под действием силы тяжести падают в сосуд-сборник.

Аппарат по фиг. 1 можно применять для тепловой обработки зерен посредством пара. Зерна загружают в аппарат из загрузочной воронки 11, формируя слой толщиной около 1 см, и перемещают их на ленте конвейера в зону обработки паром. Пар направляют на ленту 7 из линейных систем сопел, расположенных выше и ниже ленты (линейные системы сопел 2•6). Скорость ленты можно регулировать, а количество линейных систем сопел можно изменять. Рабочую температуру зерна (которая в аппарате по фиг.1 определяется, как температура в непосредственной близости от зерен, т.е. как температура ленты) можно регулировать давлением пара. Предпочтительный температурный интервал пара составляет 100-140^oС, более предпочтительно 110-130^oС. Лента 7 перемещает обработанные паром зерна из зоны обработки паром, где рекомендуется оставлять зерна на 0,5-30 с, предпочтительно 2-15 с, к зоне охлаждения, где зерна охлаждают на ленте продувкой сжатым воздухом, после чего их собирают на другом конце ленты конвейера.

В аппарате по фиг.1 зерна во время тепловой обработки перемещают по существу в горизонтальном направлении. Однако их можно перемещать также и вертикальном направлении под действием силы тяжести. Аппарат для обработки зерен, перемещающихся во время тепловой обработки вертикально, показан на фиг. 4. Такой аппарат содержит загрузочный бункер 14 для загрузки зерен, вертикальную трубу 13, содержащую контрольный конус 16 для рассеивания зерен, и средства 19 подачи пара для соответствующей обработки зерна. Загрузочный бункер располагают у верхней части вертикальной трубы, где проводится обработка паром. Предпочтительно, чтобы для контроля скорости загруженных зерен загрузочный бункер был соединен со средствами 15 регулировки загрузки. Контрольный конус 16 предпочтительно содержит средства 17 перемещения конуса, например контрольный винт для вращения конуса и перемещения его в вертикальном направлении. Кроме того, предпочтительно, чтобы для уменьшения скорости зерен труба включала в себя средства 18 контроля потока. Указанные средства предпочтительно имеют форму колец. Средства 19 подачи пара располагаются ниже контрольного конуса и могут содержать впускные отверстия, соединенные со средствами 20 распространения пара, например с кольцами для подачи пара внутри трубы 13 около ее внутренней поверхности. Кольца для пара представляют собой трубы с отверстиями приблизительно 1,5 мм для направления и распространения пара. На фиг.4 направление отверстий показано стрелками. Можно применять также и другие типы сопел для подачи пара.

Описанный выше аппарат предпочтительно содержит, по меньшей мере, два контрольных конуса 16, расположенных друг над другом, и несколько средств 19 подачи пара под ними, содержащих несколько средств 20 распространения пара в форме колец для пара, окружающих внутреннюю поверхность трубы для распространения пара в трубу 13. Труба 13 для пара может быть соединена с охлаждающими средствами, например с трубой для охлаждения зерен воздухом или с содержащим воду сосудом, в который падают зерна.

Аппарат по фиг.4 пригоден для тепловой обработки зерен хлебных злаков, например ячменя, с целью понижения количества зерен, зараженных плесенями. Аппарат содержит вертикальную трубу 13 для пара, установленную на раме. Ячмень загружают в аппарат через загрузочный бункер 14, а количество загружаемого материала контролируют средствами 15 регулировки загрузки. Струя ячменя проходит через трубу под действием силы тяжести и потока пара. Скорость движущегося ячменя понижают двумя контрольными конусами 16 и тремя средствами 18 контролирования потока. Верхний контрольный конус присоединен к трубе с помощью средств 17 перемещения конуса, выполненных в форме винта. Этот конус можно вращать и перемещать в вертикальном направлении. Толщину слоя зерен хлебных злаков можно контролировать с помощью зазора (0-2 см) между верхним конусом и верхними средствами контроля потока. Пар подают в трубу для пара (таким же образом, что и в аппарате по фиг.1) через средства 19 подачи пара, содержащие средства 20 распространения пара. Избыточный пар вытекает вместе с обработанными зернами хлебных злаков. Рабочее время в трубе для пара, имеющей высоту 80 см, составляет приблизительно 1 с. Его можно увеличить, удлинив трубу для пара с помощью дополнительных модулей. Результаты тепловой обработки, полученные на аппаратах по фиг.4 и 1, сходны между собой.

Изобретение иллюстрируется далее с помощью следующих примеров.

Пример 1
Воздействие тепловой обработки на содержание плесеней и прорастаемость ячменя
Ячмень подвергли тепловой обработке в аппарате по фиг.1. В таблице 1 описывается воздействие температуры пара, давления пара, а также температуры обработки и времени обработки на ленте на процентное содержание зерен ячменя, зараженных плесенями Fusarium, и на прорастаемость ячменя. Тепловая обработка уменьшила указанное процентное содержание без ослабления прорастаемости. Создается впечатление, что обработка даже улучшает некоторые параметры прорастаемости.

Пример 2
Соложение ячменя, подвергнутого тепловой обработке, при весе 1 кг
Ячмень Kustaa с содержанием протеина 10,6% был подвергнут соложению порциями 1 кг в испытательном солодильном устройстве Seeger. Подлежащий соложению ячмень обработали в течение 5 с в аппарате по фиг.1. Примененные температуры пара составляли 115, 120 и 125^oС. Для сравнения применяли необработанный ячмень. Половину ячменей (контейнеры 1-4) подвергли соложению сразу после обработки, а другую половину (контейнеры 5-8) - через 24 часа хранения. Хранение происходило при 15^oС. Ячмени замачивали следующим образом: 8 часов в воде при 13^oС, 16 часов в сухом виде при 15^oС и 8 часов в воде при 13^oС. Проращивали ячмени в течение одного дня при 16^oС, после чего довели количество влаги до 49%. После этого проращивали ячмени дополнительно в течение 4 дней при 14^oС. После проращивания начали сушку ячменей воздухом при 50^oС и закончили ее при температуре воздуха 82^oС.

Таблица 2 иллюстрирует воздействие тепловой обработки на ячмень и изготовленные из него солоды. Анализы солода описываются, например, в публикациях Analytica-EBS/European Brewery Convention, publ. by EBC Analysis Committee, Verlag Hans Carl, Getranke-Fachverlag, Nurnberg, 1998. Тепловая обработка уменьшила процентное содержание зерен ячменя, зараженных плесенями Fusarium и общее количество плесеней. В пределах нормальной погрешности анализы на солод различий не обнаружили.

Пример 3
Соложение ячменя весом 50 кг, подвергнутого тепловой обработке
Ячмень Kustaa с содержанием протеина 10,6% подвергли соложению партиями по 50 кг с использованием аппарата для соложения. Осоложенный ячмень обработали в аппарате по фиг.1 в течение пяти секунд. Температура пара составляла 125^oС. Для сравнения применяли необработанный ячмень. Ячмень подвергли соложению сразу же после обработки. Ячмени замачивались следующим образом: 8 часов в воде при 13^oС, 12 часов в сухом виде при 16^oС и 4 часа в воде при 13^oС, 12 часов в сухом виде при 16^oС и 4 часа в воде при 13^oС. Проращивали ячмени в течение одного дня при 16^oС, после чего довели количество влаги до 49%. После этого проращивали ячмени дополнительно в течение 4 дней при 14^oС. После проращивания начали сушку ячменя воздухом с температурой 50^oС и закончили ее при температуре воздуха 82^oС.

Таблица 3 иллюстрирует воздействие тепловой обработки на ячмень и изготовленные из него солоды. Фиг.2 иллюстрирует воздействие тепловой обработки на процентное содержание зерен, зараженных плесенями Fusarium, на различных стадиях соложения. Тепловая обработка уменьшила процентное содержание зерен ячменя и солода, зараженных плесенями Fusarium. Она также уменьшила процентное содержание зерен, зараженных плесенями Fusarium, в образцах, взятых после замачивания и прорастания. В пределах нормальной погрешности анализы солода различий не показали.

Пример 4
Соложение партии 1 кг после обработки теплом и закваской из молочнокислых бактерий
Ячмень Kustaa с содержанием протеина 10,6% порциями 1 кг подвергли соложению в испытательном солодильном устройстве Seeger. Подлежащий соложению ячмень был обработан в течение 5 с в аппарате по фиг.1. Примененная температура пара составляла 125^oС. Для сравнения применяли необработанный ячмень. Кроме того, испытывали воздействие добавления закваски из молочнокислых бактерий на соложение. Закваску, Lactobacillus plantarum VTT-E-78076, вырастили в бульоне MRS (Oxoid) при 30^oС (выращивание осуществляли согласно заявке WO 96/02141). Среду для роста закваски, включающую в себя клетки, добавили к первой и второй замачивающей воде в количестве 120 мл/кг ячменя. Параметры испытательного устройства показаны в таблице 4. Ячмени замачивали при 15^oС следующим образом: 8 часов в воде, 13 часов в сухом виде, 3 часа в воде, 11 часов в сухом виде и 1 час в воде. Проращивали ячмени в течение одного дня при 16^oС, после чего довели количество влаги до 49%. После этого проращивали ячмени дополнительно в течение 4 дней при 14^oС. После проращивания начали сушку ячменя воздухом с температурой 50^oС и закончили ее при температуре воздуха 82^oС.

Таблица 4 демонстрирует воздействие тепловой обработки на ячмень и изготовленные из него солоды. Фиг.3 иллюстрирует воздействие тепловой обработки на процентное содержание зерен, зараженных плесенями Fusarium на различных стадиях соложения. Тепловая обработка уменьшила процентное содержание зерен ячменя и солода, зараженных плесенями Fusarium. Она уменьшила также процентное содержание таких зерен в образцах, взятых после замачивания и прорастания. Дополнительно уменьшила процентное содержание зерен, зараженных плесенями Fusarium, обработка закваской, скомбинированная с тепловой обработкой. В пределах нормальной погрешности анализы солода различий не показали.

Пример 5
Воздействие различных способов тепловой обработки на содержание плесеней и прорастаемость ячменя
В испытаниях применяли тот же ячмень Kustaa, что и выше. 50 г ячменя замочили в 5 литрах теплой воды, после чего охладили в воде при 10^oС (8 л) в течение 20 с. Температура зерен определялась по температуре воды. 25 г ячменя нагрели в микроволновой печи и позволили ему охладиться при комнатной температуре. Параметры испытательных устройств показаны в таблице 5. Погружение ячменя в теплую воду уменьшило процентное содержание зерен, зараженных плесенями Fusarium, в то время как прорастаемость осталась хорошей. Обработка с использованием микроволновой печи также уменьшила зараженность Fusarium. Увеличение времени обработки в микроволновой печи уменьшало также и прорастаемость.

Пример 6
Непроросший ячмень, сильно зараженный плесенями Fusarium, обработали так, как это описано в Примере 1. Изучались воздействия температуры (давления) пара, а также температуры и времени обработки на ленте на содержание плесеней и прорастаемость ячменя. Результаты приведены в таблице 6. Путем обработки можно было устранить плесени Fusarium без влияния на параметры прорастаемости.

Пример 7
Ячмень Kymppi, сильно зараженный плесенями Fusarium, подвергли соложению партиями по 1 кг. Обработали его с применением аппарата, показанного на фиг. 1, таким же образом, что и в Примере 4. Определяли воздействия тепловой обработки на содержание плесеней и тенденцию к вспениваемости.

Соотношение зерен, зараженных плесенями Fusarium, проверяли на агаре-агаре Czapek Iprodion Dicloral (агар-агар CZID, Difco), специфичном для плесеней Fusarium, согласно способу, описанному Abildgren et al. (Lett. Appl. Microbiol. 5(1987) 83-86).

Соотношение зерен, зараженных плесенями Aspergillus и Penicillium (складские грибки), проверяли на агаре-агаре Malt Salt (MSA, Difco), специфичном для плесеней Aspergillus и Penicillium, согласно способу, описанному в ЕВС, Analytica Microbiologica, Part 2, 1991.

Соотношение зерен, зараженных полевыми грибками (например, Alternaria, Cephalosporium, Cladosporium, Epicoccum, Stemphylium), проверяли на влажной фильтровальной бумаге согласно способу, описанному в ЕВС, Analytica Microbiologica, Part 2, 1991.

Тенденцию к вспениваемости проверяли согласно способу, описанному Vaag et al. (Eur. Brew. Conv. Proc. 24^th Congr, Oslo 1903, 155-162).

Результаты показаны в таблице 7. Воздействия тепловой обработки на плесени Fusarium ячменя, ячменя после замачивания, ячменя после прорастания и высушенного солода были подобны результатам, приведенным выше. Кроме того, соотношение зерен ячменя, зараженных плесенями Aspergillus и Penicillium (складские грибки) и полевыми грибками, уменьшалось без ущерба для прорастаемости. В солоде, приготовленном из обработанного ячменя, тенденция к вспениваемости уменьшилась до нуля. В солоде, приготовленном из необработанного ячменя, эта тенденция была высокой (128 г).

Пример 8
Здоровый ячмень, сильно зараженный токсином ДОН, подвергли соложению партиями по 1 кг. Обработали его в аппарате, показанном на фиг.1, таким же образом, что и в Примере 4. Токсины Fusarium (трихотецены), такие как деоксиниваленол (ДОН) и 3-ацетилдеоксиниваленол (3-АДОН), определяли как производные триметилсилилэфира с помощью газового хроматографа, снабженого детектором селекции масс (ГХ-ДСМ). Зеараленон и охратоксин-А разделяли и определяли количественно с помощью обратнофазного ВЭЖХ, снабженного флуоресцентным детектором. Плесени определяли так же, как в Примере 7. Результаты показаны в таблице 8.

Воздействие тепловой обработки на плесени Fusarium ячменя, ячменя после замачивания и высушенного солода были подобны результатам, приведенным выше. Прорастаемость была хорошей во всех случаях. Кроме того, в солоде, приготовленном из подвергнутого тепловой обработке ячменя номер 1, соотношение зерен ячменя, зараженных плесенью Aspergillus уменьшилось. В солоде, приготовленном из подвергнутого тепловой обработке ячменя номер 2, тенденция к вспениваемости уменьшилась до 1 г. В необработанном солоде эта тенденция составляла 26 г. Удивительно, что в ячмене и солоде тепловой обработкой достигалось значительное уменьшение микотоксинов (7-50%).

Пример 9
Исследовали хранение подвергнутого тепловой обработке и высушенного ячменя Kustaa. Ячмень обработали в аппарате, показанном на фиг.1, таким же образом, что и в Примере 4. После тепловой обработки содержание влаги ячменя составило 14,3%. Ячмень сушили в течение 3 часов при 45^oС в испытательном солодильном устройстве (Seeger). После сушки содержание влаги ячменя составило 7,9%. Ячмень хранили в закрытых сосудах при 5 и 23^oС. Энергия прорастания (4 и 8 мл), способность к прорастанию и зараженность Fusarium и складскими грибками определяли так, как это было описано выше, в течение периода 4 месяца. Результаты показаны в таблице 9. Никакого роста плесеней Fusarium и складских грибков обнаружить не удалось. При этом прорастание ячменя осталось неизменным при обоих температурах в течение периода 4 месяца.

Для специалистов в этой области очевидно, что основная идея изобретения может быть реализована различными путями. Поэтому изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются приведенными выше примерами, но могут изменяться в рамках формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способу обработки зерен хлебных злаков, соответствующим продуктам, изготовленным из зерен хлебных злаков, и их применению в солодовой, пивоваренной, пищевой и кормовой индустрии. Зерна, подлежащие проращиванию, подвергают нагреву при такой температуре и в течение такого периода времени, чтобы в зернах уменьшилось содержание плесеней. Аппарат для обработки зерен хлебных злаков содержит транспортные средства, средства подачи пара и средства воздушного охлаждения, расположенные за средствами подачи пара. Транспортные средства содержат бесконечную конвейерную ленту с отверстиями для сквозного прохождения пара и воздуха. Аппарат по второму варианту содержит загрузочный бункер, транспортные средства, включающие вертикальную трубу, содержащую контрольный конус для рассеивания зерен и средства подачи пара. Изобретение позволяет уменьшить содержание плесеней в зернах хлебных злаков без отрицательного воздействия на прорастание зерен. 7 с. и 15 з.п.ф-лы, 4 ил., 9 табл.

Формула