الشعير بالموجات فوق الصوتية وإنبات الشعير
- التخمير عملية تستغرق وقتا طويلا: يستغرق نقع بذور الحبوب وترطيبها الكثير من الوقت ويحقق نتائج غير متساوية في الغالب.
- عن طريق الموجات فوق الصوتية ، يمكن تحسين سرعة إنبات ومعدل وإنتاجية الشعير بشكل كبير.
إنتاج الشعير
يستخدم الشعير / الحبوب المملحة على نطاق واسع لصنع البيرة والويسكي والمخفوقات المملحة وخل الشعير وكذلك المضافات الغذائية. أثناء عملية التخمير ، تنقع الحبوب المجففة (مثل الشعير) في الماء لبدء الإنبات. أثناء الإنبات، تفرز الإنزيمات الموجودة، وتنتج إنزيمات جديدة، وتكسر جدران خلايا السويداء لإطلاق محتوياتها الخلوية، وكذلك لتكسير بعض البروتينات المخزنة إلى أحماض أمينية. عندما يتم تحقيق درجة معينة من الإنبات ، يتم إيقاف عملية الإنبات عن طريق عملية التجفيف. عن طريق تخمير الحبوب ، فإن الإنزيمات – وهي α الأميليز و β الأميليز – يتم تطوير اللازمة لتعديل نشويات الحبوب إلى سكريات. تشمل الأنواع المختلفة من السكر الجلوكوز أحادي السكاريد ، والمالتوز ثنائي السكاريد ، ومالتوتريوز ثلاثي السكاريد ، والسكريات الأعلى التي تسمى مالتوديكسترين. يستغرق نقع الحبوب وإنباتها وقتا طويلا ، مع الأخذ في الاعتبار أن النقع يستغرق 1-2 أيام ويستغرق الإنبات 4-6 أيام إضافية. هذا يجعل إنتاج الشعير مستهلكا للوقت ومكلفا.
إنبات الشعير
تحسين الشعير بالموجات فوق الصوتية
الحل: سونيكيشن
- Sonication يحسن قدرة الإنبات وسرعة حبوب الشعير.
آثار الموجات فوق الصوتية:
- نقع أسرع وأفضل
- إنبات أسرع
- إنبات أكثر اكتمالا
- تنشيط الانزيمات
- معدل استخراج أعلى
- شعير عالي الجودة
تحدث هذه التأثيرات التي بدأت بالموجات فوق الصوتية بسبب تحسن النشاط الأنزيمي والشقوق الدقيقة التي يسببها التجويف بالموجات فوق الصوتية على البذور. يمكن أن تمتص حبوب الشعير المزيد من الماء في فترة زمنية أقصر ، مما يؤدي إلى تحسين الترطيب من البذور. يعد الترطيب السريع وحتى الإنبات مهمين للحصول على جودة تخمير جيدة لأن البذور غير المنبتة عرضة للتلف البكتيري والفطري.
التخمير هو عملية معقدة تنطوي على العديد من الإنزيمات. أهمها α-الأميليز ، β-الأميليز ، α-جلوكوزيداز ، والحد من الدكسترين. أثناء التخمير ، يخضع الشعير لعملية إنبات طبيعية غير مكتملة تتضمن سلسلة من تدهور الإنزيم لالسويداء نواة الشعير. نتيجة لتدهور الإنزيم هذا ، تتحلل جدران خلايا السويداء ، ويتم إطلاق حبيبات النشا من مصفوفة السويداء التي يتم تضمينها فيها. الموجات فوق الصوتية ينشط الانزيمات ويحسن معدل استخراج المواد داخل الخلايا ، مثل النشا والبروتينات. تميل جزيئات أرابينوكسيلان إلى تكوين مجاميع جزيئية كبيرة في محاليل عديد السكاريد المخففة. الموجات فوق الصوتية يساعد على تقليل مجاميع السكريات بشكل فعال. من خلال تدهور نشا السكاريد ، يتم إنتاج الكربوهيدرات المخمرة. يتم تحويل هذه الكربوهيدرات إلى كحول في خطوة التخمير لتصنيع البيرة.
كل هذه التأثيرات فوق الصوتية على العمليات الكيميائية الحيوية أثناء التخمير تؤدي إلى وقت إنبات أقصر و أ ارتفاع معدل الإنبات / العائد. تقصير فترة الإنبات يؤدي إلى الفوائد التجارية لصناعة التخمير والتخمير.
وقد أظهرت Yaldagard et al. (2008) أن الموجات فوق الصوتية “لديه القدرة على استخدامها في عمليات التخمير كوسيلة لمعالجة البذور لتقليل فترة الإنبات وتحسين نسبة الإنبات الكلي.”
إنبات أسرع عن طريق صوتنة
بروتوكول فتيلة بذور الشعير بالموجات فوق الصوتية
بذور الشعير هورديوم فولغاري (9٪ محتوى رطوبي ؛ يخزن في درجة حرارة الغرفة لمدة 3 أشهر بعد الحصاد)
جهاز بالموجات فوق الصوتية UP200H (200W ، 24kHz) مجهزة sonotrode S3 (شكل شعاعي ، قطر 3 مم ، الحد الأقصى لعمق الغمر 90 مم)
بروتوكول:
تم غمر طرف القرن حوالي 9 مم في محلول العملية الذي يتكون من بذور الماء والشعير. أجريت جميع التجارب على عينات (10 غرام من بذور الشعير) منتشرة في 80 مل من ماء الصنبور مع صوتنة مباشرة (نظام مسبار) عند مدخلات طاقة 20 و 60 و 100٪ ، مع تحريض إضافي أو اهتزاز. تم استخدام هذا لتجنب الموجات الدائمة أو تشكيل مناطق حرة صلبة لتوزيع موحد للموجات فوق الصوتية. تم ضبط جهاز الموجات فوق الصوتية على وضع النبض ، باستخدام التحكم في دورة العمل ، من أجل الحد من تكوين الجذور الحرة. تم تعيين الدورة على 50٪ لجميع التجارب. تمت معالجة المحلول عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 30 درجة مئوية لمدة 5 و 10 و 15 دقيقة. [Yaldagard et al. 2008]
النتائج:
تؤدي العلاجات بالموجات فوق الصوتية إلى ترطيب أعلى وإنبات أسرع في وقت أقصر.
تم تسجيل أعلى إنبات للبذور (حوالي 100٪) عند إعداد الطاقة بنسبة 100٪. بالنسبة للبذور الصوتية لمدة 5 و 10 و 15 دقيقة بكامل طاقتها (إعداد طاقة 100٪ للجهاز) ، تم زيادة معدل الإنبات من ~ 93.3٪ (بذور غير صوتية) إلى 97.2٪ و 98٪ و 99.4٪ على التوالي. يمكن أن تعزى هذه النتائج إلى التأثيرات الميكانيكية بسبب التجويف المستحث بالموجات فوق الصوتية مما يزيد من امتصاص الماء بواسطة جدران الخلايا. الصوتنة يعزز نقل الكتلة ويسهل تغلغل الماء من خلال جدار الخلية إلى داخل الخلية. يؤدي انهيار فقاعات التجويف بالقرب من جدران الخلايا إلى تعطيل بنية الخلية وتمكين نقل الكتلة بشكل جيد بسبب نفاثات السائل بالموجات فوق الصوتية.
خفضت الطريقة بشكل كبير الوقت اللازم لبدء إنبات البذور. ظهرت جذور الشعر بشكل أسرع في العينات المعالجة ونمت بكثرة مقارنة بالبذور غير الصوتية. عند استخدام الشعير المعالج على النحو الوارد أعلاه ، تم تقصير فترة الإنبات إلى 4 إلى 5 أيام (اعتمادا على قوة الموجات فوق الصوتية ووقت التعرض) من 7 أيام المعتادة. علاوة على ذلك ، انخفض متوسط وقت الإنبات من 6.66 يوما لإعداد الطاقة بنسبة 20٪ إلى 4.04 يوما لإعداد الطاقة بالموجات فوق الصوتية بنسبة 100٪ بعد وقت معالجة مدته 15 دقيقة. يشير تحليل البيانات الناتجة إلى أن مدى الإنبات ومتوسط وقت الإنبات قد تأثرا بشكل كبير بإعدادات الطاقة بالموجات فوق الصوتية المختلفة أثناء اختبار الإنبات. أسفرت جميع التجارب عن زيادة إنبات بذور الشعير مقارنة بالتحكم غير الصوتي (الشكل 1). تم تسجيل الحد الأقصى لمتوسط وقت الإنبات لإعداد الطاقة بنسبة 20٪ وتم تسجيل الحد الأدنى لمتوسط وقت الإنبات لإعداد الطاقة بنسبة 100٪ (الشكل 2).
ارتفاع معدل الإنبات والعائد مع الموجات فوق الصوتية
ثبت أيضا أن Sonication يعزز إنبات بذور الحمص والقمح والطماطم والفلفل والجزر والفجل والذرة والأرز والبطيخ وعباد الشمس وغيرها الكثير.
معدات الموجات فوق الصوتية
Hielscher الفوق صوتيات يوفر الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة موثوق بها للمختبر، مقاعد البدلاء والاستخدام الصناعي. لتحضير البذور والتخمير على نطاق تجاري ، نوصيك بأنظمتنا الصناعية بالموجات فوق الصوتية مثل UIP2000hdT (2 كيلو واط) ، UIP4000hdT (4 كيلو واط) ، UIP10000 (10 كيلو واط) أو UIP16000 (16 كيلو واط). تكمل مفاعلات خلايا التدفق المتعددة وملحقاتها مجموعة منتجاتنا. جميع أنظمة Hielscher قوية للغاية ومصممة لتشغيل 24/7.
لاختبار وتحسين فتيلة البذور بالموجات فوق الصوتية وإنباتها ، نقدم لك إمكانية زيارة مختبر العمليات بالموجات فوق الصوتية المجهز بالكامل والمركز التقني!
اتصل بنا اليوم! نحن سعداء لمناقشة العملية معك!
UIP1000hdT
الموجات فوق الصوتية
- إنبات متسارع
- عائد أعلى
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- جوسوس ، س. ج. سمارة ، ن. ه. القضاة، أ. م. عثمان ، م. أ. (2010): تعزيز إنبات البذور لأربعة أنواع من المحاصيل باستخدام تقنية الموجات فوق الصوتية. الزراعة التجريبية ، 46/02 ، 2010. 231-242.
- نيلسون ، فريدا (2009): دراسة تكوين بروتين الشعير أثناء عملية تخمير البيرة باستخدام SE-HPLC. يعمل مشروع الشهادة في جامعة كالمار ، كلية العلوم الطبيعية البحتة والتطبيقية ، السويد.
- يلداجارد ، مريم. مرتضوي, سيد علي; طباطبائي، فريدة (2008): تطبيق الموجات فوق الصوتية كتقنية فتيلة لتسريع وتعزيز إنبات بذور الشعير: تحسين الطريقة من خلال نهج Taguchi. J. Inst. الشراب. 114(1), 2008. 14-21.
- يلداجارد ، مريم. مرتضوي, سيد علي; الطباطبائي ، فريدة (2007): فعالية العلاج بالموجات فوق الصوتية على تحفيز إنبات بذور الشعير ونشاطها ألفا الأميليز. المجلة الدولية للهندسة البيولوجية والجزيئية الحيوية والزراعية والغذائية والتكنولوجيا الحيوية 1/10 ، 2007.
حقائق عن الشعير & ملت
عملية التخمير
في الشعير تنبت الحبوب وتتضمن ثلاث خطوات: النقع والإنبات والفرن. أثناء النقع ، يضاف الماء إلى الحبوب التي تنشط الإنزيمات. يستغرق النقع التقليدي 1-2 أيام. بعد 1-2 أيام وصلت حبوب الشعير إلى محتوى مائي من 40-45 ٪. عند هذه النقطة ، تتم إزالة الشعير من الماء المنقوع ويبدأ الإنبات.
أثناء الإنبات ، يتم تشكيل أو تنشيط العديد من الإنزيمات ، والتي تكون ضرورية لاحقا في عملية الهرس. يتم تقسيم β-جلوكان بواسطة إندو-β-1،4-جلوكاناز وإندو-β-1،3-جلوكاناز. Endo-β-1،4-glucanase موجود بالفعل في الشعير ، لكن endo-β-1،3-glucanase موجود فقط في الشعير. نظرا لأن β-glucans عبارة عن شكل هلام وبالتالي يمكن أن يسبب مشاكل في الترشيح ، فإن المحتوى العالي من β-glucanase والمحتوى المنخفض من β-glucan مرغوب فيه في الشعير. ينخفض محتوى النشا ويزيد محتوى السكر أثناء الإنبات ويتحلل النشا بواسطة α-amylase و β-amylase. لا يوجد α الأميليز موجود في الشعير. يتم إنتاجه أثناء الإنبات ، في حين أن β-الأميليز موجود بالفعل في الشعير. تتحلل البروتينات أيضا أثناء الإنبات. تحلل الببتيدات 35-40٪ من البروتينات إلى مادة قابلة للذوبان. بعد 5 إلى 6 أيام يتم الانتهاء من الإنبات ويتم تعطيل عمليات حياته عن طريق الفرن. في الفرن تتم إزالة الماء عن طريق تمرير الهواء الساخن من خلال الشعير. هذا يوقف الإنبات والتعديلات ، وبدلا من ذلك تتشكل مركبات اللون والنكهة بواسطة تفاعلات ميلارد.
الانزيمات في الشعير & عملية التخمير
أهم إنزيمات التحلل المائي للنشا في الشعير هي إنزيمات α-الأميليز وإنزيم β-الأميليز التي تحفز التحلل المائي للنشا إلى سكريات. الأميليز يحلل السكريات ، أي النشا ، إلى المالتوز. يوجد β-الأميليز في شكل غير نشط قبل الإنبات ، بينما يظهر α-الأميليز والبروتياز بمجرد بدء الإنبات. وبما أن إنزيم α الأميليز يمكن أن يعمل في أي مكان على الركيزة، فإنه عادة ما يكون أسرع تأثيرا من إنزيم β الأميليز. يحفز β-amylase التحلل المائي للرابطة الثانية α-1,4 glycosidic ، مما يؤدي إلى قطع وحدتين من الجلوكوز / المالتوز في وقت واحد.
تعمل الإنزيمات الأخرى ، مثل البروتياز ، على تكسير البروتينات الموجودة في الحبوب إلى أشكال يمكن أن تستخدمها الخميرة. اعتمادا على وقت توقف عملية التخمير ، يحصل المرء على نسبة النشا / الإنزيم المفضلة والنشا المحول جزئيا إلى سكريات قابلة للتخمير. يحتوي الشعير أيضا على كميات صغيرة من السكريات الأخرى ، مثل السكروز والفركتوز ، والتي ليست منتجات تعديل النشا ولكنها كانت موجودة بالفعل في الحبوب. يتم تحقيق مزيد من التحويل إلى السكريات المخمرة أثناء عملية الهريس.
التحلل المائي للنشا
أثناء التحلل الأنزيمي ، تحفز الإنزيمات عملية التسكع مما يعني أن الكربوهيدرات (النشا) يتم تقسيمها إلى جزيئات السكر المكونة لها. عن طريق التحلل المائي ، يتم تحويل مورد الطاقة (النشا) إلى سكريات تستهلكها الجراثيم للنمو.
البروتينات في الشعير
يحتوي الشعير على نسبة بروتين تتراوح من 8 إلى 15٪. تساهم بروتينات الشعير بشكل أساسي في جودة الشعير والبيرة. البروتينات القابلة للذوبان مهمة للاحتفاظ برأس البيرة واستقرارها.
أرابينوكسيلان و β جلوكان في الشعير
أرابينوكسيلان و β جلوكان هي ألياف غذائية قابلة للذوبان. يمكن أن تحتوي مستخلصات الشعير على مستويات عالية من أرابينوكسيلان والتي يمكن أن تسبب صعوبات أثناء الترشيح لأن المستخلصات اللزجة قد تؤدي إلى تدهور كبير في أداء عمليات التخمير. بالنسبة لعملية التخمير ، قد يؤدي المحتوى العالي من β-glucan في الشعير إلى تدهور غير كاف لجدران الخلايا ، مما يعيق بدوره انتشار الإنزيمات والإنبات وتعبئة احتياطيات النواة ، وبالتالي يقلل من مستخلص الشعير. قد يؤدي β-glucan المتبقي أيضا إلى نقيع نقيع الشعير عالي اللزوجة ، مما يؤدي إلى مشكلة ترشيح في مصنع الجعة ، وقد يشارك في نضوج البيرة ، مما يسبب ضبابا باردا. توجد أرابينوكسيلان في الجدران الخلوية للشعير والشوفان والقمح والجاودار والذرة والأرز والذرة الرفيعة والدخن. يتم زيادة قابلية استخراج كل من أرابينوكسيلان و β جلوكان بشكل كبير عن طريق الصوتنة.
مضادات الأكسدة في الشعير
يحتوي الشعير على أكثر من 50 بروانثوسيانيدينات بما في ذلك flavan-3-ol قليل القسيمات والبوليمر والكاتشين والجالوكاتشين. ثنائي البروانثوسيانين B3 و procyanidin B3 هي الأكثر وفرة في الشعير.
تعرف مضادات الأكسدة بقدرتها على تأخير أو منع تفاعلات الأكسدة وتفاعلات الجذور الحرة للأكسجين ، مما يجعلها مهمة في عملية التخمير والتخمير. تستخدم مضادات الأكسدة (مثل الكبريتات والفورمالديهايد والأسكوربات) كإضافات في عملية التخمير من أجل تحسين استقرار نكهة البيرة. حوالي 80 ٪ من المركبات الفينولية في البيرة مشتقة من الشعير الشعير.