Malteado ultrasónico y germinación de la malta

  • El malteado es un proceso que requiere mucho tiempo: el remojo y la hidratación de las semillas de grano llevan mucho tiempo y consiguen resultados casi siempre desiguales.
  • Mediante la ultrasonicación, la velocidad de germinación, el índice y el rendimiento de la cebada pueden mejorarse significativamente.

Producción de malta

La malta / grano malteado se utiliza ampliamente para fabricar cerveza, whisky, batidos malteados, vinagre de malta, así como aditivo alimentario. Durante el proceso de malteado, el grano seco (por ejemplo, cebada) se remoja en agua para iniciar la germinación. Durante la germinación se liberan las enzimas existentes, se producen nuevas enzimas y se rompen las paredes celulares del endospermo para liberar su contenido celular, así como para descomponer parte de la proteína almacenada en aminoácidos. Cuando se ha alcanzado un cierto grado de germinación, el proceso de germinación se detiene mediante un proceso de secado. Al maltear los granos, las enzimas – a saber, α-amilasa y β-amilasa – necesarios para modificar los almidones del grano en azúcares. Los distintos tipos de azúcar incluyen el monosacárido glucosa, el disacárido maltosa, el trisacárido maltotriosa y azúcares superiores denominados maltodextrinas. El remojo y la germinación del grano llevan bastante tiempo, ya que el remojo dura entre 1 y 2 días y la germinación entre 4 y 6 días más. Esto hace que la producción de malta sea larga y costosa.

La sonicación mejora la capacidad de germinación

Cebada en germinación

Malteado mejorado por ultrasonidos

La solución: Sonicación

  • La sonicación mejora la capacidad y la velocidad de germinación de los granos de cebada.

Los efectos de los ultrasonidos:

  • Remojo más rápido y mejor
  • Germinación más rápida
  • Germinación más completa
  • Activación de enzimas
  • Mayor tasa de extracción
  • Malta de alta calidad

Estos efectos iniciados por ultrasonidos se deben a una mejor actividad enzimática y a microfisuras inducidas por Cavitación ultrasónica en la semilla. El grano de cebada puede absorber más agua en un período de tiempo más corto, lo que da lugar a una Mejora de la hidratación de las semillas. Una hidratación rápida y una germinación uniforme son importantes para obtener una buena calidad de malteado, ya que las semillas no germinadas son propensas a sufrir daños por bacterias y hongos.
El malteado es un proceso complejo en el que intervienen muchas enzimas; las más importantes son la α-amilasa, la β-amilasa, la α-glucosidasa y la dextrina límite. Durante el malteado, la cebada experimenta un proceso de germinación natural incompleto que implica una serie de degradaciones enzimáticas del endospermo del grano de cebada. Como resultado de esta degradación enzimática, las paredes celulares del endospermo se degradan y los gránulos de almidón se liberan de la matriz del endospermo en la que están incrustados. Los ultrasonidos activan las enzimas y mejoran la velocidad de extracción del material intracelular, por ejemplo, almidón, proteínas. Las moléculas de arabinoxilano tienden a formar agregados macromoleculares en las soluciones diluidas de polisacáridos. La ultrasonicación ayuda a reducir eficazmente los agregados de polisacáridos. Mediante la degradación del polisacárido almidón, se producen carbohidratos fermentables. Estos hidratos de carbono se convierten en alcohol en la fase de fermentación de la fabricación de cerveza.

Todos estos efectos de los ultrasonidos en los procesos bioquímicos durante el malteado dan lugar a un menor tiempo de germinación y un mayor tasa de germinación / rendimiento. El acortamiento del periodo de germinación da lugar a una importante ventajas comerciales para la industria cervecera y maltera.

Yaldagard et al. (2008) han demostrado que los ultrasonidos “tiene potencial para utilizarse en los procesos de malteado como método de tratamiento de las semillas para reducir el periodo de germinación y mejorar el porcentaje de germinación total.”

Yaldagard et al. 2008 investigaron la germinación mejorada por ultrasonidos de semillas de cebada.

Germinación más rápida por sonicación

Protocolo ultrasónico de cebado de semillas de cebada

Material:
Semillas de cebada Hordeum vulgare (9% de humedad; almacenado a temperatura ambiente durante 3 meses después de la cosecha)
Dispositivo ultrasónico UP200H (200W, 24kHz) equipado con sonotrodo S3 (forma radial, 3mm de diámetro, profundidad máxima de inmersión 90mm)

Protocolo:
La punta de la sonda se sumergió unos 9 mm en la solución de proceso compuesta por agua y semillas de cebada. Todos los experimentos se realizaron con muestras (10 g de semillas de cebada) dispersas en 80 mL de agua del grifo con sonicación directa (sistema de sonda) a una potencia de entrada del 20, 60 y 100%, con agitación adicional. Esto se empleó para evitar ondas estacionarias o la formación de regiones libres de sólidos para una distribución uniforme de las ondas ultrasónicas. El dispositivo ultrasónico se ajustó al modo de pulsación, utilizando un control del ciclo de trabajo, para reducir la formación de radicales libres. El ciclo se fijó en el 50% para todos los experimentos. La solución se procesó a una temperatura constante de 30°C durante 5, 10 y 15 minutos. [Yaldagard et al. 2008].

Resultados:
Los tratamientos ultrasónicos consiguen una mayor hidratación y una germinación más rápida en menos tiempo.
La mayor germinación de semillas (aproximadamente el 100%) se registró con el ajuste de potencia del 100%. Para las semillas sonicadas durante 5, 10 y 15 minutos a plena potencia (100% de potencia del dispositivo), la tasa de germinación aumentó de ~93,3% (semillas no sonicadas) a 97,2%, 98% y 99,4%, respectivamente. Estos resultados pueden atribuirse a los efectos mecánicos debidos a la cavitación inducida por ultrasonidos que aumenta la absorción de agua por las paredes celulares. La sonicación mejora la transferencia de masa y facilita la penetración del agua a través de la pared celular hacia el interior de la célula. El colapso de las burbujas de cavitación cerca de las paredes celulares altera la estructura celular y permite una buena transferencia de masa debido a los chorros de líquido ultrasónicos.
El método redujo considerablemente el tiempo necesario para iniciar la germinación de las semillas. Las raíces pilosas aparecieron más rápidamente en las muestras tratadas y crecieron abundantemente en comparación con las semillas no tratadas. Cuando se utilizó cebada tratada como se ha indicado anteriormente, el periodo de germinación se acortó de los 7 días habituales a entre 4 y 5 días (dependiendo de la potencia ultrasónica y del tiempo de exposición). Además, el tiempo medio de germinación disminuyó de 6,66 días para el ajuste de potencia del 20% a 4,04 días para el ajuste de potencia ultrasónica del 100% tras un tiempo de tratamiento de 15 min. El análisis de los datos resultantes indica que el grado de germinación y el tiempo medio de germinación se vieron significativamente afectados por los diferentes ajustes de potencia ultrasónica durante la prueba de germinación. Todos los experimentos dieron como resultado un aumento de la germinación de las semillas de cebada en comparación con el control sin ultrasonidos (Fig. 1). El tiempo medio de germinación máximo se registró para el ajuste de potencia del 20% y el tiempo medio de germinación mínimo se registró para el ajuste de potencia del 100% (Fig. 2).

Mayor rendimiento mediante malteado ultrasónico.

Mayor tasa de germinación y rendimiento con ultrasonidos

También se ha demostrado que la sonicación mejora la germinación de semillas de garbanzos, trigo, tomate, pimiento, zanahoria, rábano, maíz, arroz, sandía, girasol y muchas otras.

Equipo ultrasónico

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Literatura/Referencias



Datos sobre la cebada & malta

El proceso de malteado

En el malteado, el grano de cereal germina y consta de tres etapas: remojo, germinación y secado. Durante el remojo, se añade agua a los granos, lo que activa las enzimas. El remojo convencional dura 1-2 días. Después de 1-2 días, los granos de cebada han alcanzado un contenido de agua del 40-45%. En ese momento, la cebada se saca del agua de remojo y comienza la germinación.
Durante la germinación se forman o activan varias enzimas, que posteriormente en el proceso de maceración son esenciales. Los β-glucanos son descompuestos por la endo-β-1,4-glucanasa y la endo-β-1,3-glucanasa. La endo-β-1,4-glucanasa ya está presente en la cebada, pero la endo-β-1,3-glucanasa sólo está presente en la malta. Dado que los β-glucanos forman geles y pueden causar problemas de filtración, es deseable que la malta tenga un alto contenido de β-glucanasa y un bajo contenido de β-glucano. El contenido de almidón disminuye y el de azúcar aumenta durante la germinación y el almidón es degradado por la α-amilasa y la β-amilasa. La α-amilasa no está presente en la cebada; se produce durante la germinación, mientras que la β-amilasa ya está presente en la cebada. Las proteínas también se degradan durante la germinación. Las peptidasas degradan entre el 35 y el 40 % de las proteínas en material soluble. Al cabo de 5 ó 6 días se completa la germinación y sus procesos vitales se inactivan mediante el horneado. En el secado, el agua se elimina haciendo pasar aire caliente a través de la malta. Esto detiene la germinación y las modificaciones, y en su lugar se forman compuestos de color y sabor por reacciones de Maillard.

Las enzimas en el malteado & Proceso de elaboración

Las enzimas más importantes para la hidrólisis del almidón en la cebada son la α-amilasa y la β-amilasa, que catalizan la hidrólisis del almidón en azúcares. La amilasa degrada los polisacáridos, concretamente el almidón, en maltosa. La β-amilasa está presente en forma inactiva antes de la germinación, mientras que la α-amilasa y las proteasas aparecen una vez iniciada la germinación. Dado que la α-amilasa puede actuar en cualquier parte del sustrato, tiende a ser de acción más rápida que la β-amilasa. La β-amilasa cataliza la hidrólisis del segundo enlace α-1,4 glicosídico, separando dos unidades de glucosa / maltosa a la vez.
Otras enzimas, como las proteasas, descomponen las proteínas del grano en formas utilizables por la levadura. Dependiendo del momento en que se detenga el proceso de malteado, se obtiene una proporción preferente de almidón/enzima y una transformación parcial del almidón en azúcares fermentables. La malta también contiene pequeñas cantidades de otros azúcares, como sacarosa y fructosa, que no son productos de la modificación del almidón, sino que ya estaban en el grano. La posterior conversión en azúcares fermentables se consigue durante el proceso de maceración.

Hidrólisis del almidón

Durante la hidrólisis enzimática, las enzimas catalizan el proceso de sacarificación, lo que significa que los carbohidratos (almidón) se descomponen en las moléculas de azúcar que los componen. Mediante la hidrólisis, el recurso energético (almidón) se convierte en azúcares que el germen consume para crecer.

Proteínas de la cebada

El contenido en proteínas de la cebada oscila entre el 8 y el 15%. Las proteínas de la cebada contribuyen esencialmente a la calidad de la malta y de la cerveza. Las proteínas solubles son importantes para la retención de espuma y la estabilidad de la cerveza.

Arabinoxilanos y β-glucano en la cebada

Los arabinoxilanos y el β-glucano son fibras alimentarias solubles. Los extractos de malta pueden contener altos niveles de arabinoxilanos, lo que puede causar dificultades durante la filtración, ya que los extractos viscosos pueden deteriorar significativamente el rendimiento de los procesos de elaboración de la cerveza. Para el proceso de elaboración de la cerveza, un alto contenido de β-glucano en la cebada puede provocar una degradación insuficiente de las paredes celulares, lo que a su vez dificulta la difusión de las enzimas, la germinación y la movilización de las reservas del grano y, por tanto, reduce el extracto de malta. El β-glucano residual también puede dar lugar a un mosto muy viscoso, lo que plantea un problema de filtración en la fábrica de cerveza, y puede participar en la maduración de la cerveza, provocando la turbidez. Los arabinoxilanos se encuentran en las paredes celulares de la cebada, la avena, el trigo, el centeno, el maíz, el arroz, el sorgo y el mijo. La extractabilidad de los arabinoxilanos y del β-glucano aumenta significativamente con la sonicación.

Antioxidantes en la cebada

La cebada contiene más de 50 proantocianidinas, entre ellas flavan-3-ol oligomérico y polimérico, catequina y galocatequina. La proantocianina B3 dimérica y la procianidina B3 son las más abundantes en la cebada.
Los antioxidantes son conocidos por su capacidad para retrasar o prevenir las reacciones de oxidación y las reacciones de los radicales libres del oxígeno, lo que los hace importantes en el proceso de malteado y elaboración de la cerveza. Los antioxidantes (por ejemplo, sulfitos, formaldehído, ascorbato) se utilizan como aditivos en el proceso de elaboración de la cerveza para mejorar la estabilidad de su sabor. Alrededor del 80% de los compuestos fenólicos de la cerveza proceden de la malta de cebada.

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