Ферменты а и г осахаривания. Ферменты для приготовления зерновых браг

Злаковые культуры - это основное сырье для производства спирта и получения дистиллята. Прежде всего, это ячмень, овес, рис, кукуруза, пшеница и т.д. Используют их по нескольким причинам:

• Относительно небольшая стоимость
• Приятный органолептический профиль получаемого продукта
• Высокий выход спирта

Традиционная брага делается из сахара и дрожжей. Дрожжи нужны, чтобы расщепить сахар, в результате чего образуется спирт. Однако в зерне сахара как такового нет, зато много крахмала. Чтобы получить брагу из зерна, крахмал нужно разрушить ферментами. Это белковые вещества, которые делают возможными или ускоряют химические реакции, нужные для образования спирта. Ферменты содержатся в пророщенном зерне (солоде) и продаются как препараты в чистом виде.

Следовательно, есть три способа сделать зерновую брагу:

1. Использовать солод, чтобы осахарить крахмал в зерне. Так можно осахарить до 40% от засыпи не соложенного зерна.
2. Прорастить зерно, чтобы ферменты накопились в нем естественным образом. То есть сделать солод.
3. Использовать фермент в виде препарата и несоложеное сырье.

Второй способ дешевле и позволяет получить результат быстрее.

Строение зерна

Чтобы понять, как именно перерабатывается зерно при затирании, необходимо разобраться в его строении. Рассмотрим на примере ячменя.

Внутреннее строение зерна ячменя

1-зародыш стебля, 2-зародыш листа, 3-зародыш корня, 4-щиток, 5-слой эпителия, 6-эндосперм, 7-пустые израсходованные клетки, 8-алейроновый слой, 9-семенная оболочка, 10-плодовая оболочка, 11-мякинная оболочка

Зерно ячменя представляет собой зерновку, оболочка которой состоит из нескольких клеточных слоев.

Оболочки объединяются в мякинную (или цветочную) - наружная оболочка, плодовую (или перикарп) и семенную (или теста).

Мякинная оболочка у большинства ячменей срастается с зерновкой. Мякинная оболочка очень прочная, именно она предохраняет зерно от механических повреждений. В основном состоит из целлюлозы, небольшого содержания кремниевой кислоты, липидов и полифенольных соединений.

Под мякинной оболочкой находятся сросшиеся плодовая и семенная оболочки . Семенная оболочка полупроницаема, она хорошо пропускает воду, но задерживает растворенные в воде вещества. Это свойство семенной оболочки позволяет обрабатывать зерно водой с различными химическими веществами, которые не проникают в зерно и не повреждают зародыш.

Эндосперм (мучнистое тело) покрыт алейроновым слоем. Он состоит из многочисленных клеток, богатых белками. В прорастающем ячмене алейроновый слой является местом образования ферментов.

Основными компонентами клеточных стенок алейронового слоя являются некрахмалистые полисахариды - пентозаны (70%) и β-глюкан (30%).

Мучнистое тело (эндосперм) занимает всю внутреннюю часть зерна, состоит из крахмальных зерен разного размера. Около 98 % сухого вещества зерен приходится на крахмал.

Химический состав

Белковых веществ в ячмене в среднем содержится 10,5-11%.

В ячмене белки содержатся:

1. алейроновом слое - в виде ферментативного белка (альбумины и глобулины);
2. На наружной стороне эндосперма - резервный белок (проламины);
3. эндосперме - тканевый белок (глютелины).

По своему аминокислотному составу белки ячменя относятся к достаточно полноценным (в зерно ячменя входит более 20 аминокислот).

Углеводы представлены моно- и полисахаридами, главным образом крахмалом, содержание которого колеблется от 50 до 64%. Клетчатки содержится 5–6%, сахаров и декстринов до 6% (в том числе до 2% сахарозы и 0,4% непосредственно редуцирующих сахаров), жира - 2,1–2,6%, минеральных веществ - 2,5–3,5%. Большая часть клетчатки и минеральных веществ сосредоточена в пленке и оболочках зерна.

Зерно в производстве спирта: теория

Зерно ячменя обладает высокой активностью ферментов (амилазы, протеазы и пероксидазы), поэтому является хорошим материалом для приготовления солода.

Богатый химический состав предопределяет использование злаков в качестве исходного сырья для производства спирта. Эти вещества являются питательными компонентами для дрожжей, а следовательно брожение в данной среде будет проходит гораздо лучше и конечный продукт будет обладать отличной вкусоароматикой.

Основным источником спирта при брожении являются углеводы. В зерне они представлены крахмалом. Дрожжи перерабатывают на спирт только моно, дисахариды и некоторые декстрины. Крахмал является полисахаридом, состоящим из амилозы и амилопектина. Дрожжи перерабатывают крахмал только при условии разрушения молекулы на простые углеводы (моно и дисахариды). Именно для этого процесса необходимы ферменты.

Температура клейстеризации крахмала – температура при которой происходит набухание и разрушение структуры крахмальных зерен, этот процесс позволяет ферментам произвести полное осахаривание крахмала.

Соответственно если температура клейстеризации выше рабочей температуры фермента, то сначала проводят отварку (нагрев затора до 90-100 градусов) для набухания и разрушения структуры крахмальных зерен, затем производят охлаждения до рабочей температуры и вносят фермент.

Что такое фермент

Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы, способные активизировать различные химические реакции в живом организме.

Проще говоря это белковые молекулы, которые ускоряют химические реакции, если поместить их соответствующие условия (температура и рН). У каждого фермента эти условия индивидуальны.

По специфичности воздействия на различные высокомолекулярные полимеры зерна ферментные препараты можно поделить на 3 группы.

1. Амилолитического действия - способствуют гидролизу крахмала. К ним относятся ферменты разжижающего, декстринирующего и осахаривающего воздействия.
2. Протеолитического действия - разрушают (гидролизуют) белковые молекулы.
3. Целлюлолитического действия - гидролизуют некрахмалистые полисахариды, например целлюлозу.

1. Нативного происхождения - образуются в зерне при проращивании;
2. Микробиального происхождения - полученные с помощью плесневых грибов;
3. Бактериального происхождения - культивированы бактериями

Так же ферменты делятся на жидкие и сухие.

Если использовать микробиальные и бактериальные ферменты, отпадает необходимость в соложении зерна. К тому же данные ферменты обладают более широким температурным диапазоном действия по сравнению с нативными.

Есть два способа переработать зерновые культуры, чтобы расщепить крахмал на сахара:

1. Затирание с помощью нативных ферментов содержащихся в пророщенном зерне. Этот процесс является классической технологией производства заторов. Но он является довольно трудоемким, включающим в себя проращивание зерна, передерживание температурных границ при затирании, так же пророщенное зерно на порядок выше в цене обычного зерна.
2. Затирание с помощью ферментов полученных бактериально. Данный метод является прогрессирующим и набирающим все большую популярность. Его основным преимуществом является относительная дешевизна и простота в использовании. Бактериальные ферменты позволяют использовать непророщенное зерно, что снижает конечную стоимость готовой продукции а так же экономит время и силы. Так же бактериальные ферменты имеют более широкий температурной диапазон действия что позволяет расширить область его применения в технологическом процессе.

Ферменты в магазинах «Доктор Губер»

Чтобы переработать зерно в домашних условиях в первую очередь необходимы ферменты амилолитического действия. У нас они представлены следующими ферментами:

1. Амилосубтилин - ферментный препарат мезофильной бактериальной α-амилазы. Гидролизует внутренние α-1,4-гликозидные связи крахмала (амилозы и амилопектина) и продуктов их последовательного расщепления, что приводит к быстрому снижению вязкости клейстеризованных растворов крахмала на стадии разжижения, тем самым, обеспечивая подготовку сусла к действию глюкоамилазы. Активность составляет 1500 ед.Ас/г. Температурный оптимум действия 30-60°С
2. Глюкаваморин - получают путем глубинного культивирования штамма плесневого гриба Aspergillus awamori. Гидролизует α −1,4 и альфа-1,6-гликозидные связи крахмала, декстринов, олигосахаридов, последовательно отщепляя глюкозу от нередуцирующих концов цепей. Применяется для осахаривания крахмала. Активность составляет 1500 ед.Гс/г. Температурный оптимум действия 30-60 °С

Препараты представлены в сухом виде в фасовке по 20 грамм.

Для работы с непророщенным зерном этих ферментов будет достаточно.

Ферменты в производстве спирта: практика

В первую очередь готовится водный раствор. Для этого сухой препарат растворяют водой в соотношении 1:10, температура воды 25-30 градусов и тщательно перемешивают, в таком состоянии препарат хранится не более 24 часов. Далее рассчитывается необходимое количество фермента.

Активность ферментов выражается в ед./г. вещества.

• Амилосубтилин - 2-4 ед. на грамм крахмала.
• Глюкаваморин - 2-4 ед. на грамм крахмала.

Пример расчета:

При затирании в аппарате объёмом 60 литров при гидромодуле 1:3 используем примерно 15 кг зерна (предположим, что зерном в данном случае является пшеница).

В зерне пшеницы в среднем содержится от 55 до 65% крахмала (табличные данные). Возьмем среднее значение 60%.

Это значит, что в 15 кг зерна содержится: 15*0.6= 9кг крахмала.

Дана дозировка ферментов и их активность на грамм крахмала:

• 1 грамм Амилосубтилина содержит 1500 ед.Гс, дозировка 2-4ед. (среднее 3)
• 1 грамм Глюкаваморина содержит 1500 ед.Ас, дозировка 2-4 ед (среднее 3)

На 9000 грамм крахмала нам необходимо:

• 9000*3= 27000 ед.АС для снижения вязкости
• 9000*3= 27000 ед.Гс для осахаривания крахмала

Что соответствует:

• 27000/1500= 18 грамм Амилосубтилина
• 27000/1500= 18 грамм Глюкаваморина

1 пакетика 20 грамм достаточно для осахаривания 15 кг пшеницы.

Расчеты были сделаны для затирания при Т=60°С. При температурах ниже 60°С желательно увеличить дозировку фермента на 20-30%.

После расчета и подготовки препарата его вносят вместе с измельченным зерном в воду и проводят затирание.

На зерне можно приготовить без дополнительных затрат сил и энергии, а также без температурных пауз. Для этого нужно просто использовать в процессе ферменты. Зерновая на ферментах, холодное осахаривание которой проходит быстро и качественно, превращается в с хорошим вкусом и мягкостью.

Особенности методики

Горячее осахаривание происходит с помощью поэтапного приготовления солода и сусла, а также смешивания их при определенной температуре и настаивании жидкости. Эта методика трудоемкая, поэтому большинство тех, кто варит на пшенице или другом зерне, используют процесс холодного осахаривания. У него есть ряд неоспоримых преимуществ:

• процесс довольно простой;
• не нужны высокие температуры;
• фильтрации до начала брожения не нужно;
• бактерии в такой среде размножаются меньше или не размножаются вовсе из-за выработки углекислого газа в процессе;
• перегоняется прямым нагревом;
• методика подойдет начинающим винокурам, у которых мало оборудования и практически нет опыта.

А вот среди минусов выделяют такие особенности методики:

• Необходимо большее количество времени на брожение - это примерно 20-25 дней, в отдельных случаях до 27. Но при этом человек, который варит самогон, ничего не делает, он свободен от постоянных помешиваний или слежкой за сырьем.
• Если не соблюдать технологию, то скиснет в конце процесса. Поэтому важна поэтапная подготовка и внимательность винокура к условиям.

Для того чтоб приготовить сначала брагу, а потом и самогон таким способом, нужны ингредиенты и аппаратура:

Обязательно наличие таких продуктов, как:

• Сырье. Этот пункт пестрит разнообразием. В качестве сырья можно использовать муку, крахмал, крупу, макаронные изделия, солод разных видов. Цельное зерно лучше не использовать, поскольку процесс затянется надолго.
• Вода.
• Ферменты. Например, распространенные «Амилосубтилин» и «Глюкаваморин». К ним в качестве дополнения может присоединиться не ферментированный белый солод. Первый фермент отвечает за расщепление молекул, а второй - за переработку крахмала в сахар. Результат действия ферментов практически одинаковый с солодовой варкой. Технология дешевле, поэтому с водой в сырье добавляют ферменты на этапе приготовления браги. Процессы брожения и переработки крахмала в сахар идут практически одновременно.
• Дрожжи сухие или прессованные.

Дополнительно может потребоваться антибиотик, подкислитель (лимонная кислота) и пеногаситель («Софэксил»). В качестве оборудования потребуется:

• емкость для брожения;
• гидрозатвор;
• перемешиватель и аквариумный нагреватель - необязательно, их действие можно заменить созданием условий внешней среды для браги;
• самогонный аппарат для перегонки готовой браги.

Подбор ингредиентов и пропорций

По рецепту приготовления нужно определиться с пропорциями ингредиентов. Идеального рецепта не существует, но самая популярная версия на один килограмм сырья такая:

• 3,5 литра воды при температуре 38 градусов Цельсия, главное, не выше этого показателя.
• Ферменты: свежих - по 3 грамма «Амилосубтилина» и «Глюкваморина», старых следует взять по 4-5 грамм каждого.
• Дрожжей сухих - 20 грамм или прессованных - 50 грамм. Можно брать винные дрожжи.
• «Доксициклин», антибиотик - одна капсула на 20 литров затора.
• Пеногаситель («Софэксил») - 10 миллилитров на 20 литров.

Пропорции не являются окончательными и могут быть дополнены винокурами исходя из личного опыта. А еще для расчетов важно знать, что ферменты имеют такой параметр, как активность. Он измеряется в единицах на грамм сухого вещества или на миллилитр жидкого раствора. Активность ферментов должна заявляться в инструкциях производителей. У каждого производителя свои штаммы и, соответственно, свои показатели. Например, показатели выглядят так:

• «Амилосубтилин Г3х» - 1000 единиц на 1 грамм порошка;
• «Глюкаваморин Г3х» - 1000 единиц на 1 грамм;
• «Целлюлокс-А» - 2000 единиц на 1 грамм;
• «Протосубтилин Г3х» - 70 единиц на 1 грамм.

При этом инструкция не является руководством к действию и не объясняет, сколько нужно класть продукта на килограмм пшеницы, риса или другого злака. В ней указываются рекомендации только по количеству сырья, готового к переработке, то есть крахмала, целлюлозы или простого белка. Поэтому перед использованием продукта нужно узнать, сколько содержится этих простых веществ в сырье.

Ферменты для браги

Использование ферментов не так распространено, потому что многие винокуры считают их ненатуральными продуктами. Соответственно, напиток также получается ненатуральным и в нем присутствует привкус. Вопрос привкуса ферментов спорный, поскольку часть деятелей абсолютно не замечает привкуса даже при однократной перегонке. Проверить этот тезис можно только экспериментально.

Если напутать с количеством ферментов, то напиток еще можно будет исправить. Положив больше, брага будет осахариваться быстрее, но винокур потратит больше средств на осахаривание. А если положить фермента меньше, то напиток просто не будет осахариваться или процесс замедлится. Особенно замедляет процесс брожения недостаток фермента «Глюкваморина», количество пены уменьшается, шапки из злаковых культур не наблюдается. Расход ферментов можно уменьшить в два раза в случае использования зеленого солода.

Главный выбор сырья делается между такими продуктами, как:

• Мука. Это молотое сырье, которое продается в любом продуктовом магазине. По части доступности мука занимает первое место. Сырье быстрее осахаривается и с ним не слишком сложно работать. Крупинки муки мелкие, поэтому ферментам проще с ними взаимодействовать. Но есть и недостатки, например, склонность муки к пенообразованию и «убеганию». А еще брагу из этого вида сырья нужно обязательно осветлять и декантировать, что ведет к потерям спирта. Крупа стоит дешевле, но она осахаривается дольше за счет крупных частиц. Иногда процесс растягивается на 3-4 недели. Чтоб ускорить брожение, можно пользоваться мешалкой, только без открывания емкости с брагой. Саму емкость можно прокатить по полу с наклоном.
• Солод - сырье, которое получается из проращённого зерна. Солод сам по себе имеет много ферментов, но и к нему добавляются порошковые ферменты. А еще солод выступает в роли усилителя вкуса, поскольку он очень ароматный. Существует зеленый и белый солод. Но этот ингредиент также добавляется в брагу в молотом виде.
• Взорванное зерно, или экструдированное вакуумно-техническим способом. На вид - это пористые зерна с небольшим присутствием в них ферментов. Методика получения такого сырья пока не популярна.
• Продукты с крахмалом. Это чаще всего макароны, хлеб. Если винокур работает в местах, где много таких продуктов, то их можно использовать в качестве сырья. Но для серьезных людей, которые занимаются перегонкой, эти ингредиенты больше подойдут для одноразового эксперимента.
• Обычное зерно.

Использование конкретных злаков разной степени помола даст разный результат. Самым дешевым сырьем является пшеница. Но выход из нее чистого спирта относительно небольшой. Зато напиток получается мягким и приятным по вкусу. Рожь, которая обладает резкими чертами напитка, дает еще меньший выход спирта из-за того, что злаковая культура образует много пены и «сбегает» во время брожения.

Кукуруза - наименее капризная к условиям и дает большой выход спирта. Зато напиток имеет специфический вкус. Ячмень - еще один злак, который не всем нравится на выходе. Рис - крупа-лидер по части выхода спирта.

Именно рис используется для дальнейшего приготовления настоек. Привкус очень тонкий, напиток ароматный и легко пьется. Иногда в качестве сырья пробуют и гречку, но при большом выходе, вкус также на любителя.

При выборе ингредиентов, если сложно определиться, можно использовать смеси злаков. Советы по использованию такие:

• Ячмень и рожь могут заглушить вкусы других злаков. Поэтому при использовании смеси их следует добавлять осторожно, желательно до 25%, при этом не делать акцент именно на этих культурах.
• Рис - культура, которая не терпит использования в смесях, поскольку его вкус пропадет, зерновой самогон получится без особенностей.
• Бурбонные замесы с кукурузой и ячменным солодом нравятся не всем дегустаторам из-за специфического вкуса.

Еще можно экспериментировать с разным процентным соотношением в смесях зерна. Результат получается неповторимым в одних случаях и совершенно не вкусным в других. Можно также пробовать комбинировать степени помола, хотя стоит знать, что добавление цельных злаков всегда чревато удлинением процесса брожения.

Для остальных ингредиентов критерии отбора несложные. Воду можно брать чистую, с хорошими вкусовыми качествами, необязательно проверять состав ее микроэлементов или другие свойства. Подкормки не требуется. Из пеногасителей рекомендуется «Софэксил», как самый эффективный по отношению к такой методике. Не стоит опасаться попадания антибиотика в самогон: обычно препарат остается в аппарате при перегонке и не попадает в «тело» напитка.

Методика изготовления браги

Технология холодного осахаривания состоит из основных этапов, в результате которых получается зерновая брага с добавлением ферментов:

• В емкость добавляются продукты, а также вода при нужной температуре вместе с ферментами и дрожжами. Нужно учесть, что в тару нельзя наливать жидкости больше, чем 70% объема, поскольку идет активное пенообразование и брага может «сбежать».
• Осахаренное сырье перемешивают и закрывают гидрозатвором.
• Жидкость ставят в темное место с температурой 24-28 градусов Цельсия.
• Брожение начинается через 2 часа, а уже через 3 дня оно становится активным и длится до 25 дней. Важно не допустить на поверхности браги образования пленки, поскольку это признак скисания. Такую брагу нужно срочно перегнать.
• По готовности напиток снимают с осадка и перегоняют.

Приготовление напитка таким способом имеет ряд преимуществ и недостатков. Поэтому винокурам следует решить самостоятельно, избавится от влияния слухов и проверить методику на себе. Напиток получает хорошие качества и пригоден для употребления.

Если вы решили приготовить зерновой самогон, вам необходимо выбрать способ приготовления браги.

Рецептов пшеничной браги много, но в основе лежат всего 3 технологии осахаривания крахмалосодержащего сырья.

• Горячее осахаривание ферментами или ГОС
• Холодное осахаривание ферментами или ХОС
• Осахаривание солодом

Целью использования ферментов является подготовка сырья для сбраживания дрожжами. Крахмал в чистом виде дрожжи не могут переработать.

Для его расщепления применяют бактериальный ферментный препарат Глюкаваморин (Глюкоамилаза). Он работает в паре с Амилосубтилином (альфа-амилаза), который обеспечивает подготовку сырья к действию глюкоамилазы.

Это основная группа ферментов, без которых дрожжи не будут потреблять крахмал. Кроме них существуют вспомогательные ферменты, такие как Протосубтилин и Целлолюкс. Они частично расщепляют белки и целлюлозу, увеличивая выход спирта.

В солоде ферменты вырабатываются в процессе проращивания зерна. Для этого зерно проращивают до образования ростка 5-6мм. Затем сушат и удаляют проросшие ростки и корешки.

Дозировка различных ферментов

В солоде достаточно ферментов, что бы осахарить себя и еще 4-5 кг. несоложеного зерна. Таким образом, для осахаривания 1 кг. любого зерна потредуется 200-250гр. Солода.

Пропорции же искуственных ферментов зависит от срока хранения и их активности, которая измеряется в единицах на грамм.

Следует знать, что ферменты являются катализатором процесса, а не расходной единицей. Если вы внесете меньше ферментов, чем требуется, процесс осахаривания затянется, но все равно произойдет.

Для конкретного расчета дозировки ферментов можно воспользоваться этим калькулятором: