БИДАЙ ДӘНІНЕН СЫРА ҚАЙНАТАТЫН УЫТ ӨНДІРУГЕ АРНАЛҒАН УЫТ ӨСІРУ РЕЖИМДЕРІ

MALTING MODES FOR THE PRODUCTION OF BREWING MALT FROM WHEAT GRAIN

Bakytzhan Didar Nurtuganuly

3rd year doctoral student, Almaty Technological University Republic of Kazakhstan, Almaty

Askarbekov Eric Birlikovich

(scientific supervisor) PhD, Associate Professor, Vice-Rector for Academic Affairs, Kazakh University of Technology and Business named after K.Kulazhanov, Republic of Kazakhstan, Astana

Novikova Inna Vladimirovna

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Voronezh State University of Engineering Technologies,

 Russia, Voronezh

АҢДАТПА

Мақаланың мақсаты Қазақстанның отандық селекциясының сорттарынан бидай уытын өндірудің және оны сыра қайнату саласында пайдаланудың орындылығын негіздеу болып табылады. Мақалада келесі әдістер қолданылады: ғылыми-техникалық және нормативтік әдебиеттерді талдау; астық пен уыттың сапасын бағалаудың физика-химиялық, биохимиялық және технологиялық әдістері; ылғал мен азотты заттардың жиналуын бақылай отырып, уыттанудың температуралық-уақыттық режимдерін эксперименттік зерттеу. Матай, Ертіс және Тәуелсіздік сорттары уыт өндіруге жарамды екендігі анықталды; Тәуелсіздік сортының келешегі зор; уыттану температурасы ақуыз гидролизіне және бос амин азотының жиналуына әсер етеді; сыра қайнату саласының талаптарына сәйкес келетін уыт алынды. Осылайша, уыт өндіру үшін отандық бидай сорттарын пайдалану мүмкін және орынды; бұл сыра қайнатудың шикізат базасын кеңейтуге және импортталған уытқа тәуелділікті азайтуға мүмкіндік береді.

ABSTRACT

The purpose of the article is to substantiate the feasibility of producing wheat malt from domestic varieties of Kazakhstan and its use in the brewing industry. The following methods are used in the article: analysis of scientific, technical and regulatory literature; physico-chemical, biochemical and technological methods for assessing the quality of grain and malt; experimental study of temperature and time regimes of malting with control of moisture accumulation and nitrogenous substances. It has been established that the varieties Matai, Ertis and Tauelsizdik are suitable for malt production; the Tauelsizdik variety is the most promising; the temperature of malting affects protein hydrolysis and accumulation of free amine nitrogen; malt has been obtained that meets the requirements of the brewing industry. Thus, the use of domestic wheat varieties for malt production is possible and advisable; this makes it possible to expand the raw material base of brewing and reduce dependence on imported malt.

Түйін сөздер: сыра қайнату; уыт; технология; бидай; уыттану; амино азот.

Keywords: brewing; malt; technology; wheat; malting; free amino nitrogen (FAN).

Қазақстан айтарлықтай аграрлық әлеуетке ие мемлекет және Еуразия өңіріндегі ірі бидай өндірушілердің бірі болып табылады. Елдің климаттық жағдайлары мен топырақ-климаттық аймақтарының алуан түрлілігі крахмал мөлшері жоғары, шынылығы оңтайлы және ақуыз көрсеткіштері қанағаттанарлық бидай сорттарын өсіруге мүмкіндік береді, бұл оларды уыт және сыра өндірісі үшін перспективалы шикізатқа айналдырады. Алайда дәстүрлі түрде Қазақстандық селекциялы бидай негізінен нан пісіру және экспорт салаларына бағдарланған, ал оны сыра қайнатуда қолдану мәселесі әлі де жеткілікті деңгейде зерттелмеген [1, б. 520].

Ұсынылып отырған зерттеудің мақсаты - отандық селекциялы бидай сорттарынан сыра қайнатуға қолайлы бидай уытын өндірудің сәйкестігін негіздеу.

Қойылған мақсатқа қол жеткізу үшін зерттеуде мынадай міндеттерді шешу көзделеді: уыт өндірісі үшін маңызды қазақстандық селекциялы бидай дәнінің биохимиялық және технологиялық ерекшеліктерін зерттеу; уыт өндіруде теориялық негіздерін және процестердің бидай уытының ферментативтік белсенділігіне әсерін талдау. 

Зерттеу гипотезасы Қазақстанда өсірілетін бидай сорттары уыт өсіру режимдерін оңтайландыру жағдайында сыра қайнату өнеркәсібінің талаптарына сай жеткілікті ферментативтік белсенділігі бар бидай уытын алуды қамтамасыз ете алады және бидай сырасының түрлерін өндіруде тиімді пайдаланылуы мүмкін деген болжамға негізделеді.

 Зерттеу нысандары ретінде отандық селекциялы бидай сорттары алынды: №1 үлгі — Матай, №2 үлгі — Ертіс, №3 үлгі — Тәуелсіздік, сондай-ақ сыра қайнатуға арналған бидай уытын өндіру үдерісінің өзі қарастырылды. Бидай сорттары «Қазақ егіншілік және өсімдік шаруашылығы ғылыми-зерттеу институты» ЖШС-нен (Алматы облысы, Қазақстан) алынды. Ғылыми зерттеулер Алматы технологиялық университетінің «Тағам қауіпсіздігі» ғылыми-зерттеу институтында, сонымен қатар Воронеж мемлекеттік инженерлік технологиялар университеті (РФ, Воронеж қаласы) сынақ орталығында жүргізілді.

Зерттеудің бірінші кезеңінде зерттелетін сорттардың физика-химиялық сипаттамалары зерделеніп, олардың сыра қайнатуға жарамдылығы тұрғысынан уыттық қасиеттеріне баға берілді (1-кесте) [2, б. 170].

Кесте 1.

Зерттелетін бидай үлгілерінің сапа көрсеткіштері

Дәннің уыттық қасиеттері дәнді суландыру, өндіру және эндоспермнің ферментативтік модификациясы процестеріне әсер ететін физика-химиялық және физиологиялық көрсеткіштердің жиынтығымен айқындалады. Салыстыру үшін эталондық шикізат ретінде сыра қайнатуға арналған арпа пайдаланылды, оған қойылатын талаптар МЕМСТ 5060–2021 стандартымен реттеледі.

1-кестеде келтірілген деректерге сәйкес зерттелген бидай сорттарының уыттық қасиеттеріне салыстырмалы талдау жүргізілді. Бидай дәнінің ылғалдылығы 13,0–13,5% аралығында өзгерді, бұл сыра қайнатуға арналған арпа үшін рұқсат етілетін шекті мәннен (14,5%) төмен. Мұндай ылғалдылық деңгейі сақтау кезінде дәннің технологиялық тұрақтылығын қамтамасыз етіп, микробиологиялық үдерістердің даму қаупін төмендетеді, бұл шикізатты уыттандыруға дайындау барысында оң фактор болып табылады [3, б. 316].

Матай, Ертіс және Тәуелсіздік сорттарының дән натурасы 750–780 г/л болды, бұл сыра қайнатуға арналған арпаға қойылатын ең төменгі талаптардан (кемінде 650 г/л) едәуір жоғары. Аталған көрсеткіштің ең жоғары мәні Ертіс сортында (780 г/л) байқалды, бұл эндоспермнің жақсы толысқанын және тығыздығы жоғары екенін көрсетеді. Дән натурасының жоғары болуы, бір жағынан, экстракттың әлеуетті шығымын арттыруға ықпал етсе, екінші жағынан, дәннің қаттылығының жоғары екенін білдіріп, уыт өсіру кезінде эндоспермнің модификациялану үдерістерін күрделендіруі мүмкін.

Зерттелген бидай сорттарының дән шынылығы 55–70% аралығында өзгерді, бұл сыра қайнатуға арналған арпаға тән оңтайлы диапазоннан (50–60%) жоғары. Әсіресе Матай мен Ертіс сорттарындағы шынылықтың жоғары болуы эндосперм құрылымының тығыз екенін және ақуызды заттардың мөлшері жоғарылауын көрсетеді. Бұл уыттандыру кезінде ферментативтік модификация процестерінің жүруін қиындатып, суландыру мен өндіру режимдерін қарқындатуды талап етеді [4, б. 19].

Зерттелген бидай сорттарының дәніндегі ақуыз мөлшері 11,5–14,0% құрады. Ақуыздың ең жоғары мөлшері Ертіс сортында (14,0%) анықталды, бұл уыттың экстрактивтілігінің төмендеуіне және суслоның сүзілгіштік қасиеттерінің нашарлау ықтималдығына байланысты оның уыттық құндылығын төмендетеді. Ақуыз мөлшері ең төмен (11,5%) болатын Тәуелсіздік сорты уытқа қойылатын талаптар тұрғысынан анағұрлым қолайлы болып табылады. Дегенмен ақуыздың жоғары мөлшері сыраның көбіктүзгіштік қабілетіне оң әсер етуі мүмкін, бұл сыра өнімдерінің жекелеген түрлерін өндіруде маңызды.

Зерттелген сорттардың барлығы бойынша дәннің физиологиялық күйі қанағаттанарлық деп бағаланды. Егін жинағаннан кейінгі пісіп-жетілу кезеңі аяқталған соң өнгіштік қабілеті 95% болды, ал жаңадан жиналған дәннің тіршілікке қабілеттілігі кемінде 90% құрады. Бұл көрсеткіштер уыттық шикізатқа қойылатын талаптарға сәйкес келеді және біркелкі өнген уыт алуға мүмкіндік береді [5, б. 227].

Зерттеу нәтижелері Матай, Ертіс және Тәуелсіздік бидай сорттарының дәні уыт өндірісінде қолдануға жеткілікті физиологиялық белсенділікке ие екенін, алайда технологиялық тұрғыдан маңызды бірқатар көрсеткіштер бойынша сыра қайнатуға арналған арпадан төмен екенін көрсетеді. Уыт өсіру мақсатта қолдану үшін ең перспективалы ақуыз мөлшерінің салыстырмалы түрде төмендігімен және шынылығының орташа деңгейімен сипатталатын Тәуелсіздік сорты болып табылады. Матай және Ертіс сорттары эндоспермнің модификациялану үдерістерін қарқындатуға бағытталған уыт өсіру режимдерін түзетуді қажет етеді. Осыған байланысты сыра қайнатуға арналған уыт өндіру бойынша кейінгі зерттеулер Тәуелсіздік бидай сорты негізінде жүргізілді.

Зерттеудің келесі кезеңінде Тәуелсіздік бидай сорты дәнінің физиологиялық қасиеттерін ескере отырып, уыт өсіру режимдері іріктелді.

Уыт өндіру барысында негізгі бақыланатын параметрлерге уыт өсіру уақыты, температура және дәндегі ылғалдың массалық үлесі жатады.

Арпамен салыстырғанда, бидайды уыт өсіру үшін суландыру кезеңдерінің уақыты қысқарақ болып, олардың саны көбірек болуы ұсынылады. Бұл бидай дәнінде сыртқы қабықшаның болмауына байланысты, соның салдарынан дән ылғалдың массалық үлесін тез жинақтап та, тез жоғалтып та алады, сондай-ақ материалдың жабысып-үйілуі мәселелері туындайды. Бидайды уыт өсіруде жалпы үдерісі арпамен салыстырғанда қысқа уақыт ішінде өтеді [6, б. 48].  Жүргізілген мониторинг нәтижесінде уыт өсірудің белгілі тәсілдері негізінде 3 режим алынды (1-сурет).

Бірінші уыт өсіру үшін 15ºC температурада 4,5 тәулік бойы жүргізілетін режим таңдалды. Үдерісті тұрақты температурада жүргізу ұрықтың дамуы мен дәннің өсуіне әсер ететін күйзелістік факторларды болдырмауға мүмкіндік береді.

Екінші уыт өсіру жоғары, біртіндеп төмендетілетін температураларда 19ºC-тан бастап, 16ºC-қа дейін біртіндеп азайта отырып, 4 тәулік бойы жүргізілді. Уыт өсіруді жоғары температураларда жүргізу уыт алудың жалпы уақытын қысқартуға, өндірістік шығындарды азайтуға мүмкіндік береді [7]. 

Үшінші уыт өсіруде төмен, біртіндеп жоғарылайтын температуралар қолданылды: үдеріс 11ºC-тан басталып, температура 15ºC-қа дейін біртіндеп көтерілді, өндіру ұзақтығы 5 тәулік болды. Төмен температураларда уыт өсіру кезінде дәннің ерігіштенуі неғұрлым толық жүреді, ферменттердің (амилазалардың) жиналуы жақсарады, сондай-ақ β-глюканның және диметилсульфидтің түзілуі азаяды. Алайда бидайды уыт өсіруде төмен температурада алынған дайын уыт жоғары температураларда алынған бидай уытымен салыстырғанда диастатикалық күштің төменірек деңгейін көрсетеді. Төмен температуралар бидай суслосының тұтқырлығын төмендетуге мүмкіндік береді. 

 Сурет 1. Уыт өсурідің температуралық режимдері

Бидайды өндіру кезінде күн сайын келесі көрсеткіштер бақылауға алынды: ылғалдылық (2-сурет), дәндегі азотты заттар деңгейі (3-сурет), бос аминді азот деңгейі (4-сурет).

2-суретте өндіру барысында ылғал мөлшерінің өзгеруі көрсетілген.

Сурет 2. Уыт өсіру барысында ылғалдылық мөлшерінің өзгеруі

2-суреттен екінші суландырудан кейін (24 сағаттан соң) бидайдың ылғалды тез жоғалта бастайтыны көрінеді. Бұл үдеріс 1 сағат ішінде шамамен ~1% ылғал жинау жылдамдығымен бірдей қарқынмен жүреді. Сондықтан жиі су бүрку жүргізілді — тәулігіне 4–5 рет. 

Бидай — қауыссыз дақыл, сондықтан ол арпаға қарағанда ылғалды тезірек сіңіреді және тезірек қайта жоғалтады; осыған байланысты бидай үшін үшінші жібіту кезеңі қолданылмайды. 2-суреттен дәнді суға батырған кезде ылғал мөлшерінің күрт артатыны байқалады. 1-режим және 2-режим кезінде ылғалдың 36% және 41%-ға дейін (тиісінше) күрт өсуі уыт өсірудің 18-сағатында тіркелді. 3-режимде (уыт өсіру температурасы төмен болғанда) 18-сағатта ылғал деңгейінің күрт көтерілуі байқалмады: дәннің ылғалдылығы бірқалыпты артып, ісінуі және өнуі жүрді.

Үш түрлі режимнің графиктерін салыстырғанда, дәндегі ылғалдың 40% деңгейіне жетуі уақыт бойынша ығысумен өтті: 2-режимде (жоғары температурада) — 28 сағатта, 1-режимде (стандартты температурада) — шамамен 40 сағатта, 3-режимде (төмен температурада) — 48 сағатта. Уыттағы ылғалдың ең жоғары мөлшері 3-режимді (төмен температураларда) қолданғанда алынды.

3-суретте өндіру барысында дәндегі азотты заттар мөлшерінің өзгерісі көрсетілген.

3-диаграммадан дәндегі азотты заттардың үлесі үнемі құбылып отыратыны көрінеді. Азотты заттардың төмендеуі дәндегі тыныс алу үдерістері, тамыршалар мен өскіндердің өсуі, сондай-ақ суландыру кезінде ішінара шайылып кетуі есебінен жүрді. Сыра қайнатуға арналған арпада азотты заттар мөлшерінің төмендеуі уыт өсірудің шамамен 4-тәулігінде байқалса, бидайда бұл төмендеу шамамен 2-тәулікте көрінеді. Осы кезеңде суландыру үдерісі аяқталды, яғни үдерістің басынан аяқталғанға дейін азотты заттардың шайылуы орын алды. Төмен температурадағы үшінші режимде суландыру ең ұзақ болды, соған байланысты азотты заттардың азаюы да ең жоғары деңгейде байқалды, бұл 3-суретте расталады. 

Сурет 3. Уыт өсіру барысында дәндегі азотты заттар мөлшерінің өзгеруі

Бос аминді азот деңгейі бойынша ақуыздардың гидролизін бағалауға болады: бұл көрсеткіш қаншалықты жоғары болса, соншалықты көп ақуыз ыдырағанын білдіреді. Бос аминді азот ашытқылар үшін негізгі қоректік көз болып табылады. Бидай уыты үшін арпа уытымен салыстырғанда ақуыздардың азырақ қарқынды ыдырауы қолайлы, себебі бұл бидай уытына тән хош иісті қалыптастыруға мүмкіндік береді. Бидай уытында бос аминді азоттың мөлшері шамамен 90–120 мг/100 г құрғақ затқа (ҚЗ) тең болуы тиіс. 4-суретте уыт өсіну барысында аминді азот мөлшерінің өзгеруі көрсетілген.

Өндіру барысында аминді азот мөлшерінің өзгерісін зерттеу уыт өсіру температурасына тікелей тәуелділікті көрсетті (4-сурет). Уыт өсіру үдерісін жоғары температурада жүргізгенде және соған сәйкес қысқа мерзімде (2-режим) аминді азоттың жиналуы төмен температураларда әрі ұзақ уыттандыру кезінде (3-режим) қарағанда жылдамырақ жүрді [8, б. 147].

Жүргізілген зерттеулер нәтижесінде Матай, Ертіс және Тәуелсіздік бидай сорттарының дәні жоғары физиологиялық белсенділікпен және қанағаттанарлық өнгіштік көрсеткіштерімен сипатталатыны анықталды, бұл оны уыт өндіруге арналған әлеуетті шикізат ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сорттардың уыттық құндылығына әсер ететін физика-химиялық сипаттамалары бойынша елеулі айырмашылықтар белгіленді. Ең перспективалысы ақуыз мөлшері мен шынылығы орташа деңгейде болатын Тәуелсіздік сорты болып шықты, бұл эндоспермнің ферментативтік модификациялануына қолайлырақ жағдай жасайды. Уыт өсіру режимдерін эксперименттік іріктеу температура мен өндіру ұзақтығы ылғал жинақталуының динамикасына және ақуызды заттардың гидролизіне шешуші әсер ететінін көрсетті. Жоғары температуралық режимдер қысқа уақыт ішінде бос аминді азоттың қарқынды жиналуына ықпал етсе, төмен температуралық уыт өсіру дәннің анағұрлым біркелкі модификациялануын және бидай суслосының тұтқырлығының төмендеуін қамтамасыз етті. Сондай-ақ, бидай үшін арпаға тән көп мәрте суландырудың болдырмайтын, үздіксіз су бүрку арқылы өндіру әдісі қолайлы екені анықталды.

Дайындалған уыт өсіру режимдері бидай уытын өнеркәсіптік көлемде өндіруде қолданылуы мүмкін, сондай-ақ уыт өсіру технологияларын жетілдіруге, уыттың оңтайлы түрлерін іріктеуге және алдын ала белгіленген органолептикалық сипаттамалары бар бидай сырасының жаңа түрлерін жасауға бағытталған кейінгі зерттеулерге негіз бола алады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Kunze W.Technology Brewing and Malting. — Berlin: VLB Berlin, 2014. — 726 p. 
2. Пономарев В.В. Биохимические основы солодоращения зерна. — М.: Колос, 2012. — 256 с.
3. Stewart, G.G.The role of wheat in brewing // Journal of the Institute of Brewing. — 2015. — Vol. 121(2). — P. 113–120.
4. Баранов А.А., Гуляев В.Н. Солод и солодопродукты в пивоварении // Пиво и напитки. — 2016. — №3. — С. 18–22.
5. Fox G.P., et al. Brewing performance of wheat malt // Journal of Cereal Science. — 2014. — Vol. 60. — P. 224–230.
6. Абдикаримов А.К., Сагындыков М.С. Качество зерна пшеницы Казахстана и направления его переработки // Вестник аграрной науки Казахстана. — 2019. — №2. — С. 45–50.
7. FAO Wheat production and utilization in Central Asia. — Rome: FAO, 2020.
8. Bamforth C.W. Beer: Tap into the Art and Science of Brewing. — Oxford : Oxford University Press, 2009. — 310 p.