Maltning og maltspiring med ultralyd
- Maltning er en tidskrævende proces: iblødsætning og hydrering af kornkernerne tager lang tid og giver for det meste uensartede resultater.
- Ved sonikering kan bygs spiringshastighed, spireprocent og udbytte forbedres betydeligt.
Maltproduktion
Malt / maltet korn anvendes i vid udstrækning til fremstilling af øl, whisky, milkshakes med malt og malteddike samt som fødevaretilsætningsstof. Under maltningsprocessen lægges det tørrede korn (f.eks. byg) i blød i vand for at sætte spiringen i gang. Under spiringen frigives eksisterende enzymer, nye enzymer dannes, og endospermens cellevægge nedbrydes, så deres celleindhold frigives, og en del af det oplagrede protein nedbrydes til aminosyrer. Når en vis spiringsgrad er nået, standses spiringsprocessen ved en tørringsproces. Ved maltning af korn udvikles de enzymer – nemlig α-amylase og β-amylase – der er nødvendige for at omdanne kornets stivelse til sukkerarter. De forskellige sukkerarter omfatter monosakkaridet glukose, disakkaridet maltose, trisakkaridet maltotriose og højere sukkerarter kaldet maltodextriner. Støbning og spiring af kornet er ret tidskrævende, da støbningen tager 1–2 dage, og spiringen tager yderligere 4–6 dage. Dette gør maltproduktionen tidskrævende og dyr.
Spirende byg
Maltning forbedret med ultralyd
Løsningen: sonikering
- Sonikering forbedrer bygkerners spireevne og spiringshastighed.
Virkningerne af ultralyd:
- Hurtigere og bedre iblødsætning
- Hurtigere spiring
- Mere fuldstændig spiring
- Aktivering af enzymer
- Højere ekstraktionshastighed
- Malt af høj kvalitet
Disse virkninger, der sættes i gang af ultralyd, skyldes forbedret enzymaktivitet og mikrorevner fremkaldt af ultralydskavitation på frøet. Bygkernen kan optage mere vand på kortere tid, hvilket fører til en betydeligt forbedret hydrering af frøene. Hurtig hydrering og ensartet spiring er vigtige for en god maltningskvalitet, da uspirede frø er udsatte for bakterie- og svampeskader.
Maltning er en kompleks proces, der involverer mange enzymer; vigtige blandt disse er α-amylase, β-amylase, α-glucosidase og grænsedextrin. Under maltning gennemgår byg en ufuldstændig naturlig spiringsproces, der involverer en række enzymatiske nedbrydninger af bygkernens endosperm. Som følge af denne enzymatiske nedbrydning nedbrydes endospermens cellevægge, og stivelseskorn frigives fra den matrix i endospermen, som de er indlejret i. Ultralyd aktiverer enzymer og forbedrer ekstraktionshastigheden for det intracellulære materiale, f.eks. stivelse og proteiner. Arabinoxylanmolekyler har tendens til at danne makromolekylære aggregater i de fortyndede polysakkaridopløsninger. Sonikering hjælper med effektivt at reducere aggregaterne af polysakkarider. Ved nedbrydning af polysakkaridet stivelse dannes forgærbare kulhydrater. Disse kulhydrater omdannes til alkohol under gæringstrinnet i ølfremstillingen.
Alle disse virkninger af ultralyd på de biokemiske processer under maltning resulterer i en kortere spiringstid og en højere spireprocent / et højere udbytte. En forkortelse af spiringsperioden medfører betydelige kommercielle fordele for maltnings- og bryggeriindustrien.
Yaldagard et al. (2008) har vist, at ultralyd “har potentiale til at blive anvendt i maltningsprocesser som en metode til behandling af frø for at forkorte spiringsperioden og forbedre den samlede spireprocent.”
Hurtigere spiring ved sonikering
Protokol for ultralydsbehandling af bygfrø til spiringsforberedelse
Bygfrø Hordeum vulgare (9% fugtindhold; opbevaret ved stuetemperatur i 3 måneder efter høst)
Ultralydsapparat UP200H (200W, 24kHz) udstyret med sonotrode S3 (radial form, 3mm diameter, maks. nedsænkningsdybde 90mm)
Protokol:
Sonotrodens spids blev nedsænket ca. 9 mm i procesopløsningen, der bestod af vand og bygfrø. Alle forsøg blev udført på prøver (10 g bygfrø) dispergeret i 80 mL postevand med direkte sonikering (sondesystem) ved en effekttilførsel på 20, 60 og 100%, med yderligere omrøring eller rystning. Dette blev anvendt for at undgå stående bølger eller dannelse af områder uden fast materiale og sikre en ensartet fordeling af ultralydsbølgerne. Ultralydsapparatet blev indstillet til pulsdrift med styring af driftscyklussen for at reducere dannelsen af frie radikaler. Driftscyklussen blev indstillet til 50% i alle forsøg. Opløsningen blev behandlet ved en konstant temperatur på 30°C i 5, 10 og 15 min. [Yaldagard et al. 2008]
Resultater:
Ultralydsbehandlingerne resulterer i højere hydrering og hurtigere spiring på kortere tid.
Den højeste frøspiring (ca. 100%) blev registreret ved effektindstillingen på 100%. For frø, der blev sonikeret i 5, 10 og 15 min ved fuld effekt (apparatets effektindstilling på 100%), blev spireprocenten øget fra ~93,3% (ikke-sonikerede frø) til henholdsvis 97,2%, 98% og 99,4%. Disse resultater kan muligvis tilskrives mekaniske virkninger som følge af ultralydsinduceret kavitation, der øger cellevæggenes vandoptagelse. Sonikeringen forbedrer masseoverførslen og letter vandets indtrængning gennem cellevæggen til cellens indre. Kollaps af kavitationsbobler nær cellevæggene bryder cellestrukturen op og muliggør god masseoverførsel på grund af væskestrålerne fremkaldt af ultralyd.
Metoden reducerede betydeligt den tid, der var nødvendig for at sætte frøenes spiring i gang. Hårrødder viste sig hurtigere i de behandlede prøver og voksede kraftigt sammenlignet med de ikke-sonikerede frø. Ved anvendelse af byg behandlet som ovenfor blev spiringsperioden forkortet til 4 til 5 dage (afhængigt af ultralydseffekten og eksponeringstiden) fra de sædvanlige 7 dage. Desuden faldt den gennemsnitlige spiringstid fra 6,66 dage ved effektindstillingen på 20% til 4,04 dage ved ultralydseffektindstillingen på 100% efter en behandlingstid på 15 min. Analysen af de resulterende data viser, at spiringsomfanget og den gennemsnitlige spiringstid blev påvirket betydeligt af de forskellige ultralydseffektindstillinger under spiringsforsøget. Alle forsøg resulterede i øget spiring af bygfrøene sammenlignet med den ikke-sonikerede kontrol (fig. 1). Den maksimale gennemsnitlige spiringstid blev registreret ved effektindstillingen på 20%, og den minimale gennemsnitlige spiringstid blev registreret ved effektindstillingen på 100% (fig. 2).
Højere spireprocent og udbytte med ultralyd
Sonikering har også vist sig at forbedre frøspiringen hos kikærter, hvede, tomat, peber, gulerod, radise, majs, ris, vandmelon, solsikke og mange andre.
Ultralydsudstyr
Hielscher Ultrasonics leverer pålidelige ultralydsapparater med høj effekt til laboratoriebrug, brug på laboratoriebord og industriel brug. Til forbehandling af frø og maltning i kommerciel skala anbefaler vi vores industrielle ultralydssystemer såsom UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) eller UIP16000 (16kW). Et bredt udvalg af flowcellereaktorer og tilbehør fuldender vores produktsortiment. Alle systemer fra Hielscher er ekstremt robuste og bygget til drift 24/7.
For at teste og optimere forbehandling af frø og spiring med ultralyd tilbyder vi dig mulighed for at besøge vores fuldt udstyrede ultralydsproceslaboratorium og tekniske center!
Kontakt os i dag! Vi drøfter gerne din proces med dig!
UIP1000hdT
ultralyd
- Accelereret spiring
- Højere udbytte
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur/referencer
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Forbedring af frøspiringen hos fire afgrødearter ved hjælp af en ultralydsteknik. Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231–242.
- Nilsson, Frida (2009): En undersøgelse af bygs proteinsammensætning under ølbrygningsprocessen ved hjælp af SE-HPLC. Afsluttende eksamensprojekt ved Kalmar Universitet, Institut for Ren og Anvendt Naturvidenskab, Sverige.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Anvendelse af ultralydsbølger som forbehandlingsteknik til at accelerere og forbedre bygfrøs spiring: optimering af metoden med Taguchi-metoden. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14–21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Ultralydsbehandlingens effektivitet ved stimulering af bygfrøs spiring og deres alfa-amylaseaktivitet. Internationalt tidsskrift for biologisk, biomolekylær, landbrug, fødevarer og bioteknologisk teknik 1/10, 2007.
Fakta om byg og malt
Maltningsprocessen
Ved maltning spirer kornkernerne, og processen omfatter tre trin: støbning, spiring og kølletørring. Under støbningen tilsættes vand til kernerne, hvilket aktiverer enzymerne. Den konventionelle støbning tager 1–2 dage. Efter 1–2 dage har bygkernerne nået et vandindhold på 40–45%. På dette tidspunkt fjernes byggen fra støbevandet, og spiringen begynder.
Under spiringen dannes eller aktiveres flere enzymer, som senere er afgørende i mæskningsprocessen. β-glukaner nedbrydes af endo-β-1,4-glucanase og endo-β-1,3-glucanase. Endo-β-1,4-glucanase findes allerede i byg, men endo-β-1,3-glucanase findes kun i malt. Da β-glukanerne er geldannende og dermed kan forårsage problemer ved filtrering, er et højt indhold af β-glucanase og et lavt indhold af β-glukan ønskeligt i malt. Stivelsesindholdet falder, og sukkerindholdet stiger under spiringen, og stivelsen nedbrydes af α-amylase og β-amylase. Der findes ingen α-amylase i byg; det dannes under spiringen, mens β-amylase allerede findes i byg. Proteiner nedbrydes også under spiringen. Peptidaser nedbryder 35 – 40 % af proteinerne til opløseligt materiale. Efter 5 til 6 dage er spiringen afsluttet, og livsprocesserne inaktiveres ved kølletørring. Ved kølletørring fjernes vandet ved at lede varm luft gennem malten. Dette standser spiringen og modificeringerne, og i stedet dannes farve- og smagsstoffer ved Maillard-reaktioner.
Enzymer i maltnings- og brygningsprocessen
De vigtigste enzymer til hydrolyse af stivelse i byg er enzymerne α-amylase og β-amylase, som katalyserer hydrolysen af stivelse til sukkerarter. Amylase nedbryder polysakkarider, nemlig stivelse, til maltose. β-amylase findes i en inaktiv form før spiringen, mens α-amylase og proteaser fremkommer, når spiringen er begyndt. Da α-amylase kan virke hvor som helst på substratet, har det tendens til at virke hurtigere end β-amylase. β-amylase katalyserer hydrolysen af den anden α-1,4-glykosidbinding og fraspalter to glukoseenheder / maltose på én gang.
Andre enzymer, såsom proteaser, nedbryder proteinerne i kornet til former, som gær kan anvende. Afhængigt af hvornår maltningsprocessen standses, opnås et ønsket stivelses- / enzymforhold, og en del af stivelsen er omdannet til forgærbare sukkerarter. Malt indeholder også små mængder af andre sukkerarter, såsom sakkarose og fruktose, som ikke er produkter af stivelsesmodificering, men allerede fandtes i kornet. Yderligere omdannelse til forgærbare sukkerarter opnås under mæskningsprocessen.
Stivelseshydrolyse
Under den enzymatiske hydrolyse katalyserer enzymer forsukringsprocessen, hvilket betyder, at kulhydraterne (stivelsen) nedbrydes til de sukkermolekyler, de består af. Ved hydrolysen omdannes energikilden (stivelsen) til sukkerarter, som spiren forbruger til vækst.
Proteiner i byg
Byg har et proteinindhold på 8 til 15%. Bygproteiner bidrager væsentligt til maltens og øllets kvalitet. Opløselige proteiner er vigtige for ølskummets holdbarhed og stabilitet.
Arabinoxylaner og β-glukan i byg
Arabinoxylaner og β-glukan er opløselige kostfibre. Maltekstrakter kan indeholde høje niveauer af arabinoxylaner, som kan forårsage vanskeligheder under filtreringen, da viskøse ekstrakter kan forringe brygningsprocessernes effektivitet betydeligt. I brygningsprocessen kan et højt indhold af β-glukan i byg føre til utilstrækkelig nedbrydning af cellevæggene, hvilket igen hæmmer enzymernes diffusion, spiringen og mobiliseringen af kernens reserver og dermed reducerer maltudtrækket. Resterende β-glukan kan også føre til meget viskøs urt, hvilket giver filtreringsproblemer i bryggeriet, og det kan indgå i øllets modning og forårsage køleuklarhed. Arabinoxylaner findes i cellevæggene hos byg, havre, hvede, rug, majs, ris, sorghum og hirse. Ekstraherbarheden af både arabinoxylaner og β-glukan øges betydeligt ved sonikering.
Antioxidanter i byg
Byg indeholder mere end 50 proanthocyanidiner, herunder oligomert og polymert flavan-3-ol, catechin og gallocatechin. Dimerisk proanthocyanin B3 og procyanidin B3 er de mest forekommende i byg.
Antioxidanter er kendt for deres evne til at forsinke eller forhindre oxidationsreaktioner og reaktioner med frie iltradikaler, hvilket gør dem vigtige i maltnings- og brygningsprocessen. Antioxidanter (f.eks. sulfitter, formaldehyd, ascorbat) anvendes som tilsætningsstoffer i brygningsprocessen for at forbedre øllets smagsstabilitet. Omkring 80% af de fenoliske forbindelser i øl stammer fra bygmalt.