FABRICAREA MALTULUI

Maltul si rolul lui in industria berii

Maltul este materia prima de baza folosita la fabricarea berii. Se obtine prin germinarea cerealelor, proces in urma caruia rezulta maltul verde care, dupa uscare si polizare, este transformat in malt uscat.

La fabricarea berii se foloseste in general malt din orz - orzoaica, insa exista tari in care se foloseste pentru acest scop numai malt din grau, sorg sau manioc.

Principalul scop al maltificarii este acumularea enzimelor si hidroliza partiala a substantelor macromoleculare din bob.

Orzul, orzoaica constituie principala materie prima pentru fabricarea maltului, deoarece :

boabele de orz - orzoaica au un invelis paios, aderent care protejeaza germenele in timpul maltificarii;

pe parcursul filtrarii mustului , invelisurile paioase ale boabelor formeaza stratul filtrant care asigura separarea corespunzatoare a mustului de malt din plamada zaharificata;

orz - orzoaica este o planta foarte raspandita si putin pretentioasa din punct de vedere al climei solului;

pe parcursul procesului tehnologic de obtinere a mustului, maltul din orz orzoaica ofera cel mai bogat echipament enzimatic si substrat pentru actiunea enzimelor;

berea din malt provenit din orz - orzoaica este considerata a fi cea mai autentica, cu toate ca s-a verificat experimental si la nivel industrial ca si alte cereale (graul, secara, maniocul) pot germina bine [14, 87, 88].

Fabricarea maltului din orz se desfasoara dupa schema tehnologica generala prezentata in figura 3.2., in care, pentru simplificare nu s-au inclus operatiile de transport.

ORZ BRUT

Figura 3.2.

Schema tehnologica de fabricare a maltului

Conditionarea orzului

Precuratirea, curatirea si sortarea orzului. Orzul brut constituie o masa de boabe mai mult sau mai putin uniforme, care contine intotdeauna si impuritati. In tehnologiile actuale orzul brut este precuratit pentru indepartarea impuritatilor mari (pietre, particule de pamant etc.) si de praf, dupa care este insilozat, urmand ca inaintea maltificarii sa fie bine curatat si sortat.

Conditionarea cuprinde etapa de precuratire inainte de depozitare in siloz si apoi curatirea propriu - zisa. Utilajul principal pentru precuratire este separatorul aspirator care asigura separarea corpurilor straine mai mari si mai mici decat bobul cerealei ce urmeaza a fi prelucrata precum, si a celor care se deosebesc de masa de cereale prin insusiri aerodinamice ( mai usoare sau mai grele decat bobul de cereale ) putand fi astfel separate intr-un curent de aer.

Separatorul aspirator separa corpurile straine dupa marime prin cernerea produsului acesta trece prin alunecare pe o suprafata de cernere, iar corpurile usoare, care se deosebesc de cultura de baza prin insusiri aerodinamice se separa prin aplicarea unor curenti de aer cu circuitul invers decat al a produsului. Acesti curenti antreneaza particule usoare si le depun in spatii special amenajate in corpul masinii. Pentru separarea boabelor dupa forma se folosesc diferite tipuri de trioare.

Depozitarea si conservarea orzului

Depozitarea orzului este necesara din doua considerente:

asigurarea unui stoc de materie prima pentru productia fabricii de bere;

realizarea postmaturarii care necesita 3 - 9 saptamani si care coincide cu o perioada de repaus germinativ.     

Acest repaus germinativ incepe imediat dupa recoltarea orzului si se datoreaza lipsei in embrionul orzului recoltat la maturitate a fitohormonilor (gibereline libere), glutationului si cisteinei, substante implicate in sinteza de proteine din embrion, respectiv pentru activarea unor sisteme enzimatice care asigura substantele necesare prin actiune asupra diferitelor substraturi din embrion.

La sfarsitul perioadei de postmaturare, orzul iese din repausul germinativ si atinge energia de germinare maxima.

In timpul depozitarii orzului trebuie controlata temperatura acestuia si atunci cand temperatura creste cu mai mult de 1sC/24 h este necesara aerarea imediata a orzului care se poate face prin insuflarea de aer prin masa de orz sau prin prefirarea orzului

Inmuierea orzului

Faza initiala a procesului complex de germinare este reprezentata de inmuierea cerealelor. Scopul acestei operatii este de a aduce umiditatea cerealelor la valori cat mai apropiate de umiditatea optima pentru germinare. Din punct de vedere practic reprezinta faza tehnologica in care orzul uscat prin imersare in apa ajunge la umiditate de 42-47%, deoarece absoarbe apa si se hidrateaza marindu-si astfel volumul, invelisul devenind neted.  Nivelul de apa care trebuie atins in orz depinde de tipul de malt ce se doreste a fi obtinut: 42-44% pentru maltul blond si 44-47% pentru maltul brun.

Nivelul de apa din orz la inmuiere este important pentru germinare, deoarece acesta influenteaza decisiv formarea enzimelor, dezvoltarea embrionului si transformarile metabolice la germinare.

In faza initiala a inmuierii (primele 10 h), absorbtia de apa este rapida, umiditatea orzului ajungand la aproximativ 35%, apa absorbita fiind continuta de embrion al carui continut de apa ajunge la 70%, ceea ce determina inceperea germinarii.

In faza urmatoare de inmuiere, absorbtia de apa este mai lenta si cand orzul ajunge la 45% umiditate substantele complexe din orz-substraturile unor enzime-pot fi modificate de enzime in procesul de germinare (solubilizarea bobului).

In procesul de inmuiere intervin numerosi factori care au influenta asupra vitezei de absorbtie a apei in bob (temperatura apei, durata de inmuiere, aerarea, marimea si structura bobului, tehnica de inmuiere, agitarea).

Cu cat temperatura apei de inmuiere este mai ridicata, cu atat durata de inmuiere este mai redusa: la 5sC - inmuierea dureaza 100 h; la 10sC - inmuierea dureaza 75 h; la 15sC - inmuierea dureaza 50 h.

Temperaturi prea ridicate ale apei de inmuiere sunt, insa, evitate din cauza scaderii solubilitatii oxigenului in apa si deoarece in apa de inmuiere se pot dezvolta microorganisme de alterare. Din motivele mentionate, temperatura apei de inmuiere este 13sC (optim intre 10-12sC).

Orzul trebuie inmuiat pe partide de orz cu boabe de aceeasi marime.

Varietatea de orz si anul recoltarii au un efect important asupra absorbtiei de apa. Prin sensibilitatea la apa se intelege situatia in care energia de germinare este mult scazuta cand exista mai multa apa in bob decat cea necesara germinarii. Aceasta sensibilitate depinde de proprietatile invelisului si dispare atunci cand au aparut radicelele la germinare. Prin urmare este necesar ca sa se astepte inceperea germinarii la un continut de 37- 40% apa si apoi sa se creasca continutul de apa la nivelul dorit [30, 78, 86] .

Compozitia apei de inmuiere nu are influenta asupra absorbtiei de apa, dar poate influenta extractia unor substante din bobul de orz sau realizeaza dezinfectia orzului. Astfel, prin adaos in a doua apa de inmuiere a unor substante alcaline cu actiune detergenta cum ar fi CaO (1,3 kg/m3 apa), NaOH (0,35 kg/m3 apa), Na₂CO₃ (1 kg/m³ apa), se realizeaza o "spalare" chimica a orzului, si extragerea asa-zisului "acid testinic", care este un amestec de material proteic acid si material fenolic. Supraalcalinizarea apei poate produce "omorarea" orzului.

Referat: Paltin de camp, artar - arealul general al paltinului Referat: Asplenium nidus - amplasarea, udarea, ingrasamant

Sub aspect tehnologic, in faza de inmuiere se urmareste dirijarea absorbtiei de apa conform unor diagrame de inmuiere, stabilite de la caz la caz.

Inmuierea orzului se face in etape, in sensul ca apa de inmuiere se scurge o data la 6-8 h si orzul se lasa in repaus pentru o perioada determinata, dupa care se introduce din nou apa de inmuiere. In timpul etapelor mentionate trebuie asigurat un necesar de oxigen prin aerarea masei de orz pentru obtinerea unui malt de calitate.

Aerarea este necesara si pentru a indeparta CO₂ care, in numite concentratii, actioneaza ca un inhibator al dezvoltarii embrionului (in prezenta de CO₂ embrionul nu mai este oxigenat).

Ordinea operatiilor de inmuiere este urmatoarea:

umplere vaselor cu cereale;

spalarea cerealelor;

aerare-oxigenare;

indepartarea CO₂-ului;

dezinfectare;

dezvoltarea activitatii germenelui.

Prima apa in care se introduc cerealele este o apa de spalare si se schimba dupa 2-3 ore. Apa de inmuiere se schimba in functie de gradul de curatire a cerealelor si de temperatura apei. Dupa fiecare schimbare a apei cerealele se lasa sa stea cateva ore fara apa. O problema importanta la inmuiere este reducerea, pe cat posibil, a pierderilor sub 1,5%. Pierderile apar, in special, in urma solubilizarii unor substante din tegumentul bobului si in urma proceselor de respiratie, fara a avea o influenta sensibila asupra calitatii produsului finit [2, 10, 14, 15, 28, 110, 144].

Echipamentul de inmuiere consta intr-un un vas cilindro-conic (inclinatie la con de 45sC) confectionat din otel captusit la interior cu rasini epoxi sau vinil in cazul in care nu este confectionat din otel inoxidabil. Acesta se numeste lin de inmuiere si este prevazut cu: sistem de aerare format din conducte circulare prevazute cu orificii, montate in partea conica (aceste conducte fiind alimentate cu aer comprimat de la un compresor); gratar montat la fundul partii tronconice sub care se gaseste montata vana de golire a orzului; conducta de evacuare a apei murdare montata sub gratar; conducta de evacuare a orzului plutitor montata la partea superioara a partii cilindrice; conducta pentru alimentare cu aer pentru barbotare; conducta alimentare cu apa de inmuiere; suflanta pentru aspiratie CO₂; spalator de aer [15].

Germinarea orzului

Totalitatea proceselor morfologice, fiziologice si biochimice de trecere a embrionului din samanta de la starea de viata latenta la starea de viata activa se numeste germinatie. Germinarea este o metoda simpla si eficienta pentru obtinerea modificarilor dorite in calitatile nutritiv fiziologice ale cerealelor [4, 10, 14, 16, 17].

Modificari morfologice si fiziologice ce au loc la germinarea orzului

In samanta, metabolismul este redus la minim iar respiratia este la un nivel foarte scazut, datorita continutului redus de apa. In mod normal samanta uscata contine 12-14% apa si se afla in stare de repaus, suprimat numai dupa ce se produc o serie de modificari interne. Ea poate germina la maturitate, dupa ce au avut loc o serie de fenomene morfologice (dezvoltarea embrionului si a endospermului) si fiziologice (acumularea unor substante de rezerva, deshidratarea). Odata cu absorbtia apei creste activitatea enzimelor aflate in stare latenta (a-amilaze, endopeptidaze) sau are loc sinteza "de novo" a enzimelor (a-amilaze, b-glucanaze si proteaze).

Sinteza "de novo" a unor hidrolaze importante ca a-amilaze si proteaze are loc in celulele aleuronice sub influenta acidului giberelic (figura 3.3.).

Transportul acidului giberelic in stratul aleuronic este facilitat de cresterea umiditatii [10, 14, 89, 110].

Dupa secretia in endosperm, aceste hidrolaze catalizeaza descompunerea substantelor macromoleculare in formele lor solubile care sunt absorbite de scutellum, partial metabolizate si transportate mai departe in tesutul embrionar.

Aici, substantele cu molecula mica formeaza noi tesuturi sau, ca in cazul zaharozei, se produce energia necesara proceselor de sinteza. Procesul de germinare este influentat de urmatorii factori: calitatea semintelor, cantitatea de apa absorbita, temperatura, umiditatea si aerarea. Rolul determinant il are calitatea semintelor, apreciere care se face dupa aspect, prin analize fizice si chimice. Pentru caracterizarea semintelor din punct de vedere a calitatii de germinare se iau in considerare energia de germinare si capacitatea de germinare.

Energia de germinare reprezinta procentul de boabe, care dupa trei zile de germinare, dezvolta radicele. Capacitatea sau puterea de germinare reprezinta procentul de boabe germinate dupa cinci zile. Din factorii mentionati, puterea de germinare prezinta cea mai mare importanta, ea variind de la soi la soi, in functie de conditiile de pastrare si de puritatea semintelor. Puterea de germinare este invers proportionala cu marimea boabelor.

Cerealele destinate germinarii trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa aiba miros proaspat, caracteristic; nu se admit seminte mucegaite;

sa nu fie contaminate cu paraziti;

energie de germinare ridicata;

sa fie din aceiasi varietate si soi;

sa fie un soi pur;

sa aiba o compozitie chimica unitara;

sa fie maturizat corespunzator;

continutul in corpuri straine sa nu fie mai mare de 3-5%.

Mai multi autori au aratat ca semintele de cereale, chiar daca au ajuns la maturitate fiziologica si se afla in conditii favorabile de temperatura, germineaza foarte incet sau nu germineaza. Perioada necesara pentru atingerea unei germinatii maxime este de circa 2 - 9 saptamani de la recoltare si este cunoscuta sub denumirea de repaus de germinare.

Pentru aprecierea lungimii radiculelor, se folosesc urmatoarele criterii:

daca acestea au lungimea egala cu cea a bobului, se considera normale;

daca lungimea depaseste de doua ori lungimea bobului, dezvoltarea se considera exagerata.

Cresterea uniforma a radiculelor are mare importanta deoarece aceasta indica indirect si desfasurarea uniforma a procesului de solubilizare.

Daca radiculele se dezvolta lent, la temperaturi scazute de germinare, capata forma spirala, in schimb daca procesul tehnologic este condus la cald, cresterea se accelereaza si se formeaza radicule subtiri, filiforme. Radiculele obtinute in instalatii de germinare pneumatice, in general sunt mai subtiri si mai lungi decat cele obtinute pe arii de germinare.

In conditiile in care nu se intervine la germinare, plumula poate sa se dezvolte intr-o asemenea masura incat sa iasa pe la varful bobului cu formarea asa-numitilor "husari". Formarea "husarilor" este neadmisa la  maltul blond si admisa in proportie de 5-10 % in cazul maltului brun.

Marimea si aspectul radicelelor dau indicatii asupra stadiului germinarii: la maltul verde destinat producerii de malt blond, marimea radicelelor este de 1,5 ori lungimea bobului, iar la maltul verde destinat maltului brun, marimea radicelelor este de 2 ori lungimea bobului.

Pierderile prin radicele, care se indeparteaza la uscarea maltului, reprezinta aproximativ 4% din substanta uscata a maltului, aceste pierderi putand fi micsorate prin germinarea la temperaturi mai scazute si pentru durate mai mici de germinare.

Modificari enzimatice induse in procesul de germinare a cerealelor

Modificarea corespunzatoare a componentelor cerealelor la germinare este rezultatul actiunii unui ansamblu de sisteme enzimatice complexe asupra unui substrat la fel de complex, ambele fiind supuse unor variatii cantitative si calitative, in functie de varietate, conditii de germinare, etc.

Prezinta importanta majora urmatoarele sisteme enzimatice: sistemul amilazic (a-amilaza, b-amilaza, maltaza, limit-dextrinaza), sistemul b-glucanazelor, pentozanazelor, proteazelor, lipazelor, fosfatazelor, oxidazelor etc [ 35, 36, 98].

La germinarea orzului, procesul trebuie sa se conduca in asa fel incat sa se realizeze o solubilizare cat mai buna a maltului, care se reflecta in modificarea insusirilor mecanice ale maltului (maltul uscat devine friabil atunci cand este strivit intre degete) [11, 89, 90].

Degradarea amidonului

In timpul maltificarii se degradeaza circa 18% din amidonul existent in orz, respectiv are loc o scadere a continutului de amidon de la 63-65% fata de s.u. la 58-60% fata de substanta uscata (s.u.), cu formare de zaharuri solubile. Restul de amidon este degradat in cea mai mare parte la brasaj

α -amilaza ce se formeaza  de novo in stratul aleuronic in timpul germinarii sub actiunea acizilor giberelici eliberati de embrion [29, 68, 69, 70, 84, 86]. Ataca legaturile α-(1,4) glicozidice din amiloza si amilopectina, in interiorul lanturilor, actiunea ei oprindu-se in apropierea legaturilor α-(1,6) din amilopectina. Degradarea amidonului de catre α-amilaza conduce in principal la glucoza si dextrine (liniare si ramificate).

Functia de baza a a-amilazei este de a fluidifica si dextriniza gelul de amidon. a-amilaza este o endoamilaza deoarece hidrolizeaza legaturile glucozidice din interiorul moleculelor de amiloza si amilopectina formand dextrine cu grade diferite de polimerizare. In urma actiunii acestei enzime se constata fluidificarea gelului de amidon. Actiunea a-amilazei asupra amilozei lineare consta din doua etape:

ruperea initiala rapida a substratului, urmata de o reducere a vascozitatii;

o usoara hidroliza a dextrinelor cu molecule ceea ce duce la cresterea a puterii reducatoare.

b-amilaza, alaturi de a-amilaza, determina degradarea granulelor de amidon, avand un rol important in procesul de zaharificare al plamezilor amidonoase, in industria spirtului si a berii. b-amilaza este o enzima eterogena complexa si se gaseste in cantitati mari in bobul de orz, sub o forma latenta, localizata in endosperm.

β-amilaza nu poate ataca granula de amidon, dar ataca dextrinele si amidonul solubil incepand de la capatul nereducator al amilozei/amilopectinei cu formare de maltoza precum si dextrine cu masa moleculara mai mare, liniare ramificate ( β-dextrine limita). β-Amilaza din orz se gaseste sub doua forme: libera (solubila) si legata (insolubila). In procesul de maltificare intreaga cantitate de β-amilaza legata (latenta) devine in intregime libera (solubila si activa).Transformarea β-amilazei legate-latente in β-amilaza libera-activa are loc sub influenta enzimelor proteolitice, care scindeaza legatura disulfurica dintre enzima si proteina insolubila. b-amilazele au o temperatura optima de activitate la 55°C si incep sa fie inactivate la 65°C, la plamadire b-amilaza are activitate maxima in limitele de temperatura de 60-65°C si la un pH 5,4-5,6, iar la 75°C este complet inactivata b-amilazele hidrolizeaza amiloza, de la capatul sau nereducator (figura 3.6 A si B), cu eliberarea de 100% maltoza; prin actiune asupra amilopectinei, enzima separa de la capetele lanturilor pana la 2-3 unitati de glucoza inaintea punctului de ramificare, producand b-limit-dextrine, incat numai 50% din molecula amilopectinei este hidrolizata [11, 69, 70, 71, 78]. Prin scindarea de catre a-amilaza a numai 3% din legaturile intramoleculare ale amidonului, actiunea b-amilazei, se dubleaza. Intre aceste enzime se observa un efect sinergetic, actiunea lor comuna asupra aceluiasi substrat este mai eficienta decat activitatea lor separata.

Biosinteza si actiunea enzimatica a sistemului b-glucanazelor

Aceste enzime sunt numite curent "citaze"', intervin in solubilizarea peretilor celulari ai endospermului si produc o hidroliza completa a b-glucanilor. Peretii celulari sunt constituiti din poliglucide neomogene, avand un rol important in sudarea tesuturilor, si in special a celor de sustinere. Poliglucidele neomogene se pot clasifica in doua grupe: poliglucide fara acizi uronici si cu acizi uronici.         

Cele cu acizi uronici sunt formate din resturi de monoglucide diferite. Ele insotesc in plante celuloza. Dintre aceste poliglucide in cereale sunt prezenti: arabo-xilani, gluco-manani, galacto-fructani, galacto-manani, galacto-arabani, gluco-xilani, arabo-xilani etc.

Dintre poliglucidele cu acizi uronici cele mai intalnite in cereale sunt: hemiceluloze si materiile pectice.

Hemicelulozele sunt substante complexe, care dau prin didroliza pentoze (D-arabinoza si D-xiloza), hexoze (D-glucoza si D-galactoza) si acid galacturonic. Hemicelulozele au un grad mic de polimerizare (150-200). Se cunosc doua tipuri de hemiceluloze. Unele care au masa moleculara mai mica si sunt usor hidrolizabile; ele indeplinesc rolul de poliglucide rezerva. Altele sunt greu hidrolizabile, au masa moleculara mare si indeplinesc, in celula rolul de substante de sustinere. In peretii celulari, hemicelulozele se gasesc alaturi de celuloza etc.

Materiile pectice sunt poliglucide care au un rol insemnat in sudura tesuturilor celulozice si in reglementarea permeabilitatii celulare. Materiile pectice sunt formate din acizi pectici, galactani si arabani uniti prin legaturi glicozidice [110].

Degradarea proteinelor

Alaturi de complexul enzimatic citolitic, la solubilizarea peretilor celulari ai endospermului, in vederea eliberarii granulelor de amidon din matritele glucano-proteice, participa si enzimele proteolitice.  Proteinele din cereale sunt in mare parte de natura globulinica, fiind greu atacate si hidrolizate de catre proteazele digestive.

Se poate spune ca, sub actiunea enzimelor proteolitice sintetizate in timpul germinarii are loc deplierea moleculei proteice, o partiala hidroliza si o crestere a fondului de aminoacizi esentiali disponibili.

Enzimele implicate in metabolismul compusilor cu azot sunt urmatoarele: proteazele (proteinazele) si peptidazele. Activitatea proteazelor se manifesta prin degradarea proteinelor complexe pana la stadiul de polipeptide si peptide, in timp ce activitatea peptidazelor implica scindarea peptidelor pana la stadiul de aminoacizi.

Actiunea combinata a proteazelor si peptidazelor are un rol esential in timpul procesului de germinare, cand se produce degradarea proteinelor complexe cu formarea de compusi cu azot cu masa moleculara mai mica, pana la stadiul de aminoacizi, necesari nutritiei embrionului. In paralel, se produce si fenomenul invers, de transformare a aminoacizilor formati in noi proteine, necesare de asemenea cresterii embrionului.

Degradarea lipidelor

Asa cum s-a mentionat la analiza compozitiei chimice a orzului, circa 10 -12% din lipide sunt utilizate la germinare prin oxidare in vederea procurarii de energie necesara respiratiei si pentru convertire in zaharuri pe calea glioxalului, care opereaza in stratul aleuronic. Acizii grasi polinesaturati liberi (acidul linoleic) pot fi degradati de cele doua lipooxigenaze din orz la 9 si 13 hidroperoxizi, care sunt izomerizati si apoi transformati in trihidroxiacizi via cetoli. Trihidroxiacizii pot fi regasiti in must si bere si sunt precursori ai unor aldehide (hexanal, trans-2-hexanal), care confera berii miros nedorit. Acizii grasi liberi nesaturati prin lipoliza trigliceridelor si fosfatidelor precum si sterolii sunt necesari pentru dezvoltarea drojdiilor in masura in care ei ajung in must.

De asemenea, lipidele nepolare, care ajung in must au efect antispumant la fermentatia mustului, iar in bere contribuie la colapsarea spumei (efect negativ). Unele lipide polare ajunse in bere contribuie la stabilitatea spumei. In general, cea mai mare parte din lipidele maltului sunt retinute in borhot. Aerarea abundenta si temperaturile ridicate de germinare favorizeaza activitatea enzimelor lipolitice [44].

Degradarea compusilor cu fosfor

La maltificare (germinare) are loc o crestere a nivelului de fofataze. Astfel, se activeaza fitaza, enzima care hidrolizeaza acidul fitic realizand defosforilarea partiala sau totala a acestuia cu eliberarea esterilor penta-, tetra- si trifosforici ai mioinozitolului in cazul hidrolizei partiale sau mioinozitol si fosfati anorganici in cazul hidrolizei totale.