Ултразвуково малцоване и покълване на малц
- Малцуването е трудоемък процес: накисването и хидратацията на зърнените семена отнема много време и постига предимно неравномерни резултати.
- Чрез ултразвук скоростта на покълване, скоростта и добивът на ечемика могат да бъдат значително подобрени.
Производство на малц
Малцовото / малцовото зърно се използва широко за приготвяне на бира, уиски, малцови шейкове, малцов оцет, както и хранителна добавка. По време на процеса на малцоване изсушеното зърно (напр. ечемик) се накисва във вода, за да започне покълването. По време на покълването се освобождават съществуващи ензими, произвеждат се нови ензими и клетъчните стени на ендосперма се разрушават, за да се освободи клетъчното им съдържание, както и да се разгради част от съхранявания протеин на аминокиселини. Когато се постигне определена степен на покълване, процесът на покълване се спира чрез процес на сушене. Чрез малцоване на зърна, ензимите – а именно α-амилаза и β-амилаза – необходими за модифициране на нишестето на зърното в захари. Различните видове захар включват монозахарид глюкоза, дизахарид малтоза, тризахарид малтотриоза и по-високи захари, наречени малтодекстрини. Накисването и покълването на зърното отнема доста време, като се има предвид, че накисването отнема 1-2 дни, а покълването отнема допълнителни 4-6 дни. Това прави производството на малц отнемащо време и скъпо.
Покълващ ечемик
Ултразвуково подобрено малцоване
Решението: Уникиране
- Уникирането подобрява кълняемостта и скоростта на ечемичните зърна.
Ефектите от ултразвука:
- По-бързо и по-добро накисване
- По-бързо покълване
- По-пълно покълване
- Активиране на ензимите
- по-висока скорост на извличане
- Висококачествен малц
Тези ултразвуково инициирани ефекти се причиняват от подобрена ензимна активност и микро фисури, индуцирани от ултразвукова кавитация върху семето. Ечемичното зърно може да абсорбира повече вода за по-кратък период от време, което води до значително Подобрена хидратация от семената. Бързата хидратация и равномерното покълване са важни за доброто качество на малцуването, тъй като непокълналите семена са склонни към бактериални и гъбични увреждания.
Малцуването е сложен процес, който включва много ензими; Важни са α-амилаза, β-амилаза, α-глюкозидаза и лимитен декстрин. По време на малцуването ечемикът претърпява непълен естествен процес на покълване, който включва поредица от ензимни разграждане на ендосперма на ечемичните ядки. В резултат на това ензимно разграждане клетъчните стени на ендосперма се разграждат и нишестените гранули се освобождават от матрицата на ендосперма, в който са вградени. Ултразвукът активира ензимите и подобрява скоростта на екстракция на вътреклетъчния материал, например нишесте, протеини. Арабиноксилановите молекули са склонни да образуват макромолекулни агрегати в разредените полизахаридни разтвори. Ултразвукът помага за ефективно намаляване на агрегатите на полизахаридите. Чрез разграждането на полизахаридното нишесте се получават ферментиращи въглехидрати. Такива въглехидрати се превръщат в алкохол в етапа на ферментация на производството на бира.
Всички тези ултразвукови ефекти върху биохимичните процеси по време на малцоване водят до по-кратко време за покълване и по-висока кълняемост / добив. Съкращаването на периода на покълване води до значително Търговски ползи за малцовата и пивоварната индустрия.
Yaldagard et al. (2008) показа, че ултразвукът “има потенциала да се използва в процесите на малцоване като метод за третиране на семена за намаляване на периода на покълване и подобряване на процента на общата кълняемост.”
По-бързо покълване чрез ултразвук
Ултразвуков протокол за грундиране на семена от ечемик
Семена от ечемик Hordeum vulgare (9% съдържание на влага; съхранява се при стайна температура в продължение на 3 месеца след прибиране на реколтата)
Ултразвуков апарат UP200H (200W, 24kHz), оборудван със сонотрод S3 (радиална форма, диаметър 3 мм, максимална дълбочина на потапяне 90 мм)
Протокол:
Върхът на рога се потапя на около 9 mm в технологичния разтвор, състоящ се във водата и семената на ечемика. Всички експерименти са извършени върху проби (10 g семена от ечемик), диспергирани в 80 ml чешмяна вода с директна ултразвук (сондна система) при входяща мощност от 20, 60 и 100%, с допълнително разбъркване или разклащане. Това е използвано, за да се избегнат стоящи вълни или образуването на твърди свободни области за равномерно разпределение на ултразвуковите вълни. Ултразвуковото устройство беше настроено в режим на пулсация, използвайки контрол на работния цикъл, за да се намали образуването на свободни радикали. Цикълът е настроен на 50% за всички експерименти. Разтворът се обработва при постоянна температура от 30°C в продължение на 5, 10 и 15 минути. [Yaldagard et al. 2008]
Резултати:
Ултразвуковите обработки водят до по-висока хидратация и по-бързо покълване за по-кратко време.
Най-високата кълняемост на семената (приблизително 100%) е регистрирана при настройка на 100% мощност. За семената, ултразвук за 5, 10 и 15 минути при пълна мощност (100% настройка на мощността на устройството), степента на покълване е увеличена съответно от ~93,3% (семена без ултразвук) до съответно 97,2%, 98% и 99,4%. Тези резултати могат да бъдат приписани на механични ефекти, дължащи се на ултразвуково индуцирана кавитация, увеличаваща поемането на вода от клетъчните стени. Ултразвукът подобрява преноса на маса и улеснява проникването на вода през клетъчната стена във вътрешността на клетката. Колапсът на кавитационните мехурчета в близост до клетъчните стени нарушава клетъчната структура и дава възможност за добър пренос на маса благодарение на ултразвуковите течни струи.
Методът значително намалява времето, необходимо за започване на покълването на семената. Корените на косата се появяват по-бързо в третираните проби и растат обилно в сравнение с семената без ултразвук. Когато се използва ечемик, третиран по горепосоченото, периодът на покълване се съкращава до 4 до 5 дни (в зависимост от ултразвуковата мощност и времето на експозиция) от обичайните 7 дни. Освен това средното време за покълване намалява от 6,66 дни за настройка на 20% мощност до 4,04 дни за настройка на ултразвукова мощност от 100% след време за обработка от 15 минути. Анализът на получените данни показва, че степента на покълване и средното време на покълване са били значително повлияни от различните настройки на ултразвуковата мощност по време на теста за кълняемост. Всички експерименти водят до повишена кълняемост на семената на ечемика в сравнение с неултразвуковия контрол (фиг. 1). Максималното средно време на покълване е записано за настройката на 20% мощност, а минималното средно време на покълване е записано за настройката на 100% мощност (фиг. 2).
По-висока кълняемост и добив с ултразвук
Доказано е също, че сонацията подобрява кълняемостта на семената на нахут, пшеница, домат, черен пипер, морков, репички, царевица, ориз, диня, слънчоглед и много други.
Ултразвуково оборудване
Hielscher Ultrasonics доставя надеждни ултразвукови уреди с висока мощност за лабораторна, настолна и промишлена употреба. За грундиране на семена и малцоване в търговски мащаб ви препоръчваме нашите индустриални ултразвукови системи като UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) или UIP16000 (16kW). Колекторните реактори и аксесоари допълват нашата продуктова гама. Всички системи на Hielscher са изключително здрави и създадени за работа 24/7.
За да тестваме и оптимизираме ултразвуковото грундиране и покълване на семената, ние ви предлагаме възможността да посетите нашата напълно оборудвана лаборатория за ултразвуков процес и технически център!
Свържете се с нас днес! Радваме се да обсъдим процеса с вас!
UIP1000hdT
ултразвук
- Ускорено покълване
- По-висок добив
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература/Препратки
- Goussous, S. J.; Самара, Н. Х.; Алкуда, А. М.; Отман, М. О. (2010): Подобряване на кълняемостта на семената на четири вида култури с помощта на ултразвукова техника. Експериментално земеделие, 46/02, 2010. 231-242.
- Нилсон, Фрида (2009): Изследване на състава на ечемичения протеин по време на процеса на варене на бира с помощта на SE-HPLC. Работи в Университета в Калмар, Училище по чисти и приложни природни науки, Швеция.
- Ялдагард, Мариам; Мортазави, Сейед Али; Tabatabaie, Farideh (2008): Приложение на ултразвукови вълни като техника на грундиране за ускоряване и подобряване на кълняемостта на ечемиченото семе: Оптимизиране на метода чрез подхода на Тагучи. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- Ялдагард, Мариам; Мортазави, Сейед Али; Табатабайе, Фаридех (2007): Ефективността на ултразвуковото лечение върху стимулирането на кълняемостта на ечемичното семе и неговата алфа-амилазна активност. Международно списание за биологично, биомолекулно, селскостопанско, хранително и биотехнологично инженерство 1/10, 2007.
Факти за ечемика & малц
Процесът на малцоване
При малцовото зърно зърнените култури покълват и това включва три стъпки: накисване, покълване и изпичане. По време на накисването към зърната се добавя вода, която активира ензимите. Конвенционалното накисване отнема 1-2 дни. След 1-2 дни ечемичните зърна са достигнали водно съдържание от 40-45%. В този момент ечемикът се отстранява от накиснатата вода и покълването започва.
По време на покълването се образуват или активират няколко ензима, които по-късно в процеса на пасиране са от съществено значение. β-глюканите се разграждат от ендо-β-1,4-глюканаза и ендо-β-1,3-глюканаза. Ендо-β-1,4-глюканаза вече присъства в ечемика, но ендо-β-1,3-глюканаза присъства само в малца. Тъй като β-глюканите образуват гел и по този начин могат да причинят проблеми при филтрирането, високото съдържание на β-глюканаза и ниско съдържание на β-глюкан са желателни в малца. Съдържанието на нишесте намалява и съдържанието на захар се увеличава по време на покълването, а нишестето се разгражда от α-амилаза и β-амилаза. В ечемика няма α-амилаза; Произвежда се по време на покълването, докато β-амилазата вече присъства в ечемика. Протеините също се разграждат по време на покълването. Пептидазите разграждат 35 – 40 % от протеините в разтворим материал. След 5 до 6 дни покълването завършва и жизнените му процеси се инактивират чрез изсушаване. При пеенето водата се отстранява чрез преминаване на горещ въздух през малца. Това спира покълването и модификациите, а вместо това се образуват съединения за цвят и вкус чрез реакции на Майар.
Ензими в малцоването & Процес на варене
Най-важните ензими за хидролизата на нишестето в ечемика са ензимите α-амилаза и β-амилаза, които катализират хидролизата на нишестето в захари. Амилазата разгражда полизахаридите, а именно нишестето, до малтоза. β-амилазата присъства в неактивна форма преди покълването, докато α-амилазата и протеазите се появяват след началото на покълването. Тъй като α-амилазата може да действа навсякъде върху субстрата, тя има тенденция да действа по-бързо от β-амилазата. β-амилаза катализира хидролизата на втората α-1,4 гликозидна връзка, като разцепва две глюкозни единици / малтоза наведнъж.
Други ензими, като протеази, разграждат протеините в зърното до форми, които могат да се използват от дрожди. В зависимост от това кога процесът на малцоване е спрян, човек получава предпочитано съотношение нишесте/ензим и частично преобразува нишестето във ферментиращи захари. Малцът съдържа и малки количества други захари, като захароза и фруктоза, които не са продукти на модификация на нишестето, но вече са били в зърното. По-нататъшното преобразуване във ферментиращи захари се постига по време на процеса на пасиране.
Хидролиза на нишестето
По време на ензимната хидролиза ензимите катализират процеса на озахаряване, което означава, че въглехидратите (нишестето) се разграждат на съставните му захарни молекули. Чрез хидролизата енергийният ресурс (нишесте) се превръща в захари, които се консумират от зародиша за отглеждане.
Протеини в ечемика
Ечемикът има съдържание на протеини от 8 до 15%. Ечемичните протеини допринасят значително за качеството на малца и бирата. Разтворимите протеини са важни за задържането и стабилността на главата на бирата.
Арабиноксилани и β-глюкан в ечемика
Арабиноксиланите и β-глюканът са разтворими диетични фибри. Малцовите екстракти могат да съдържат високи нива на арабиноксилани, което може да причини затруднения по време на филтрирането, тъй като вискозните екстракти могат значително да влошат ефективността на процесите на варене. За процеса на варене високото съдържание на β-глюкан в ечемика може да доведе до недостатъчно разграждане на клетъчните стени, което от своя страна възпрепятства дифузията на ензимите, покълването и мобилизирането на резервите от ядра и по този начин намалява малцовия екстракт. Остатъчният β-глюкан също може да доведе до силно вискозна мъст, което води до проблем с филтрацията в пивоварната, и може да участва в узряването на бирата, причинявайки студена мъгла. Арабиноксиланите се намират в клетъчните стени на ечемик, овес, пшеница, ръж, царевица, ориз, сорго и просо. Екстракцията както на арабиноксиланите, така и на β-глюканите се увеличава значително чрез ултразвук.
Антиоксиданти в ечемика
Ечемикът съдържа повече от 50 проантоцианидина, включително олигомерен и полимерен флаван-3-ол, катехин и галокатехин. Димерният проантоцианин В3 и процианидин В3 са най-разпространените в ечемика.
Антиоксидантите са известни със способността си да забавят или предотвратяват реакциите на окисление и реакциите на свободните радикали на кислорода, което ги прави важни в процеса на малцоване и варене. Антиоксидантите (напр. сулфити, формалдехид, аскорбат) се използват като добавки в процеса на варене, за да се подобри стабилността на вкуса на бирата. Около 80% от фенолните съединения в бирата се извличат от ечемичен малц.