1. Введение

Пищевая промышленность России активно использует солод и солодовые экстракты не только в качестве добавок, улучшающих вкус и аромат продукции, но и как важные компоненты технологического процесса производства различных товаров. Основное применение солода находит в пивоваренной промышленности, где он является основным полуфабрикатом для приготовления пива, придавая конечному продукту особый аромат, вкус, цвет, влияя на стойкость и качество пены [2], [4]. 

В последнее время солод активно применяется при производстве хлебного кваса, безалкогольных напитков, этилового спирта, хлебобулочных изделий, молочных продуктов, мясных полуфабрикатов, а также концентратов квасного сусла и полисолодовых экстрактов, получаемых из смеси кукурузного, овсяного и пшеничного солодов [4]. В молочной промышленности солод или солодовые экстракты используются в качестве пищевых волокон, источника макро- и микроэлементов, витаминов, аминокислот и белков, обладают консервирующим действием, а сахара, содержащиеся в солоде, придают продукту сладкий вкус без добавления дополнительных сахаров, что делает его безопасным для детей дошкольного и школьного возраста [5], [8], [18]. В мясной промышленности применяется солод из различных злаков, богатых белками и аминокислотами, для обогащения полуфабрикатов и придания им определенной текстуры [15]. В хлебопекарной промышленности солод играет важную роль в формировании вкуса и аромата хлеба, увеличивает срок хранения продуктов, делает выпечку более привлекательной, способствует увеличению подъемной силы дрожжей [11]. Применение солода при приготовлении кваса позволяет существенно сократить длительность технологического процесса, улучшить вкусовые свойства и стойкость пены продукта [10].

Основными зерновыми культурами для производства солода считаются ячмень, рожь и пшеница. Реже используются овес, кукуруза, рис. Из-за различий в химическом составе зерновых культур показатели готового солода и солодового экстракта значительно различаются, что важно учитывать при производстве различных продуктов. Ячмень наилучшим образом подходит для производства пива, а в качестве добавок могут использоваться ржаной или пшеничный солод, кукуруза и рис в виде муки или сечки. Сухой ячменный светлый солод чаще всего используется как источник ферментов, витаминов, минеральных и красящих веществ [1], [9]. В хлебопекарной промышленности чаще применяется ржаной солод и солода с выраженными вкусоароматическими свойствами, в мясной – солод с высоким содержанием белка, например, рисовый, а в молочной промышленности акцент делается на содержание микро- и макроэлементов, витаминов и сахаров в солоде.

Кукуруза с высоким содержанием крахмала, являющегося источником углеводов солодового экстракта, является хорошим сырьем для бродильной промышленности. Экстрактивность кукурузы выше, чем у ячменя, и составляет 82-90%. Ценными веществами в зерне являются органические регуляторы обмена веществ – фитогормоны: андрогены, эстрогены и влияющие на деление клеток ауксины. Протеолитические ферменты кукурузы в проросшем зерне обеспечивают гидролиз белков, но активность амилолитических ферментов недостаточна для полного осахаривания крахмала, что объясняется низкой активностью β-амилазы. В настоящее время кукурузный солод в России практически не производится и активно используется только в спиртовом производстве, в частности при производстве виски и бурбона. В соложеном виде кукуруза в пивоварении почти не применяется, поэтому способы ее солодоращения изучены недостаточно [1], [9], [13], [14]. Хотя стоит заметить, что кукуруза является перспективной с экономической точки зрения культурой, с высоким уровнем выращивания как в России, так и за рубежом. В 2021 году валовый сбор ее зерна в России составил 14,6 млн. т. (рекордный урожай 15,3 млн. т. был собран в 2016 г.). На 2022 год объем сбора кукурузы составил 11,8 т. Это 3 по объему выращивания культура в РФ после пшеницы и ячменя. Таких объемов достаточно не только для удовлетворения внутренних потребностей страны, но и для экспорта [12], [16]. 

Целью данной работы стало исследование показателей кукурузного солода из различных российских сортов кукурузы.

2. Методы и принципы исследования

В качестве материалов исследования выбраны 4 сорта кукурузы трех видов: сахарная, зубовидная и гибридная. Гибридная кукуруза сорта «Био» разработана для проращивания и производства муки, обладает повышенным содержанием макро- и микроэлементов. Выбранные сорта сахарной кукурузы «Лакомка» и «Тройная сладость» широко используются в России, отличаются высокими вкусовыми характеристиками и содержанием сахара до 30%. Они применяются в консервировании, заморозке и в свежем виде. Сорт зубовидной кукурузы «Мечта», широко распространенный в России, используется для производства муки, круп, спирта, крахмала и силоса. Он отличается высоким содержанием крахмала (до 75%), белка (до 10%) и растительного жира (до 5%).

Точный химический состав кукурузы зависит от вида, сорта, почвенно-климатических условий, агротехники, условий хранения и других факторов. В среднем, зерно кукурузы состоит из 14% влаги и 86% сухих веществ, включая 84% органических и 2% минеральных веществ [3]. 

В вышеописанных образцах проводились анализы массовой доли влаги с использованием экспресс-анализатора влаги и экстрактивности зерна по солодовой вытяжке методом ферментативного гидролиза [17]. Экстрактность, цветность и продолжительность осахаривания солода определялись согласно ГОСТ 29294-2021 [19]. Диастатическую силу солода измеряли по методу Виндиша-Кольбаха (ед.WK), а α-аминный азот определялся медным способом с использованием йодометрического титрования [17].

Процесс замачивания кукурузы включал воздушно-водяной метод при температуре 16-18 °C в водопроводной воде с чередованием водно-воздушных пауз каждые 1,5-2ч до достижения относительной влажности зерна 39-47%. Проращивание проводилось в течение 5-6 суток при температуре 16-18 °C до полного прорастания зерна при регулярном ворошении и увлажнении. Сушка осуществлялась с постепенным повышением температуры от 50-55 °C до 75-80 °C в течение 12 часов до достижения влажности зерна 4-5%.

3. результаты и обсуждение

При анализе влажности зерна до и после проращивания, а также во время и после сушки (см. рис.1), наблюдается зависимость влажности от сорта кукурузы (см. таб.1).

Отмечено, что влажность целого зерна и влажность размола значительно различаются, что может указывать на плотность оболочки и сосредоточение влаги внутри зерна. После замачивания влажность образцов варьируется от 24,5 до 28%. При этой влажности был начат процесс проращивания. После проращивания влажность образцов составила 39-47%. За время проращивания образцы набрали 14,9-19,6% влаги. Это нетиповое поведение зерновой культуры при проращивании можно объяснить хорошей проницаемостью зерновой оболочки кукурузы и может рассматриваться как преимущество, так как позволит сократить время замачивания злака. Стоит отметить, что показатели влажности сахарной кукурузы во всем цикле очень близки и различаются в пределах 0,5-1%. Можно сделать вывод, что влажность сахарной кукурузы не зависит от сорта и изменяется одинаково, что упрощает производство солода из кукурузы. Из данных также следует, что основная влага, набранная в процессе замачивания и проращивания, теряется зерном в первый период сушки при 50°С, затем происходит глубокая сушка при 75-80 °C в течение 6 часов и охлаждение для отправки на хранение при 30 °C в течение 1,5-2 часов. Влажность готового солода в лабораторных условиях составила 4-5,3%.

Экстрактивность зерна и солода была определена методом экстракци с осахаривающим материалом и без него (самоосахаривание), итоговые данные представлены в таблице 2. Из таблицы видно, что экстрактивность кукурузы составляет 75 до 83%, что сопоставимо с экстрактивностью ячменя (78-82%).

В режиме осахаривания, в присутствии осахаривающих материалов, экстрактивность увеличилась, в среднем, на 5% и составила от 80% до 87%, что связано с гидролитическими процессами в проращиваемом зерне.

Особенно следует отметить, что в режиме самоосахаривания экстрактивность солода из кукурузы составляет около 40% для сортов «Био» и «Мечта», и около 53% для сахарной кукурузы сортов «Лакомка» и «Тройная сладость». Также при определении продолжительности осахаривания было выявлено, что спустя 60 минут ни в одном из образцов процесс не завершился полностью. Однако в образцах сахарной кукурузы после 55 минут было замечено незначительное изменение цвета с глубокой фиолетово-синей окраской до серо-синей. Низкую экстрактивность и неполное осахаривание крахмала можно объяснить низкой активностью амилолитических ферментов. В кукурузном солоде наблюдается недостаточная активность β-амилазы, в то время как α-амилаза способна лишь к декстринизации крахмала. Поэтому, если ставится цель – полное осахаривание смеси, то рекомендуется перерабатывать солод из кукурузы на экстракты только в сочетании с солодом из других злаков.

Диастатическая сила солода определяется его ферментативной активностью, способностью расщеплять крахмал на простые сахара во время затирания и выражается в граммах мальтозы, образовавшейся из растворимого крахмала под воздействием 100 г солода. По данным таблицы 3 видно, что кукурузный солод обладает низкой диастатической силой, свидетельствующей о низкой ферментативной активности. Показатели сахарной кукурузы, составляющие 142,7WK и 142,3WK в пересчете на сухие вещества, приближены к нормативным показателям для темного солода (150-170 ед. WK) [17]. 

В ходе исследования была определена активная кислотность затора с помощью рН-метра (см. таб. 3), которая варьируется в пределах 5,4-5,6, что соответствует нормативным значениям кислотности сусла. Цветность сусла (см. таб. 3) из сахарной кукурузы сортов «Лакомка» и «Тройная сладость» составила 0,22см3 и 0,24см3 0,1н. раствора йода на 100см3 лабораторного сусла, т.е. 3,8 и 4,0 ед.ЕВС, что соответствует значениям светлого солода. Сорта «Био» и «Мечта» - 0,44см3 (7,2 ед.ЕВС) и 0,38 см3 (6,2 ед.ЕВС) соответственно, имеют цветность, характерную для среднеокрашенного солода [17]. 

Результаты анализа α-аминного азота медным способом показали (см.таб.3), что сорт «Био» имеет наименьшее содержание - 14,0 мг на 100см3 сусла, а сорт «Тройная сладость» - наибольшее - 22,4мг на 100см3 сусла, что соответствует показателям для пивного сусла (20-25мг мг на 100 см3 сусла). Все сорта находятся в пределах содержания свободного α-аминного азота для светлого сусла (13-30 мг на 100 см3 сусла) [20].

4. Заключение

Солод является важным компонентом в производстве различных продуктов пищевой промышленности, таких как пиво, хлебный квас, молочные продукты, мясные полуфабрикаты, хлебобулочные изделия. В данном исследовании были рассмотрены виды кукурузного солода из различных сортов, что позволяет оптимизировать процесс производства солода из кукурузы. Проведенный анализ показал, что сахарная кукуруза различных сортов обладает стабильными и подходящими для производства солода характеристиками независимо от сорта. Сорта «Лакомка» и «Тройная сладость» демонстрировали сходные показатели, их широкое распространение в России позволяет использовать их параметры в производственных целях. 

Исследование выявило, что кукурузный солод обладает низкой диастатической активностью из-за низкой ферментативной активности, близкой к темному ячменному солоду, низкой экстрактивности и неполного осахаривания крахмала, связанного с низкой активностью амилолитических ферментов. Для увеличения осахаривания крахмала рекомендуется комбинировать кукурузный солод с солодом из других злаков для повышения общей ферментативной активности. 

Хотя данные характеристики недостаточны для пивоваренной промышленности, разработка кукурузного солода остается актуальной, так как для других отраслей пищевой промышленности эти параметры не являются критическими. Благодаря своему физико-химическому составу кукурузный солод во многом превосходит ячменный солод и может использоваться в качестве вкусоароматической и функциональной добавки в различных продуктах питания. Исследование позволяет сделать выводы о свойствах кукурузного солода и определить перспективы его применения в различных сферах пищевой промышленности.

The additional file for this article can be found as follows: