مالت‌سازی و جوانه‌زنی مالت با فراصوت
- مالت‌سازی فرایندی زمان‌بر است: خیساندن و آب‌گیری دانه‌های غلات زمان زیادی می‌برد و اغلب نتایجی غیریکنواخت به همراه دارد.
- با فراصوت‌دهی می‌توان سرعت، درصد و بازده جوانه‌زنی جو را به‌طور چشمگیری بهبود داد.
تولید مالت
مالت / غلات مالت‌شده به‌طور گسترده برای تهیهٔ آبجو، ویسکی، شیک‌های مالت‌دار، سرکهٔ مالت و همچنین به‌عنوان افزودنی غذایی استفاده می‌شوند. در فرایند مالت‌سازی، غلهٔ خشک‌شده (مانند جو) در آب خیسانده می‌شود تا جوانه‌زنی آغاز شود. طی جوانه‌زنی، آنزیم‌های موجود آزاد می‌شوند، آنزیم‌های جدید تولید می‌شوند و دیواره‌های سلولی آندوسپرم تجزیه می‌شوند تا محتویات سلولی آن‌ها آزاد و بخشی از پروتئین ذخیره‌شده نیز به اسیدهای آمینه تجزیه شود. هنگامی که جوانه‌زنی به میزان مشخصی رسید، این فرایند با خشک‌کردن متوقف می‌شود. مالت‌سازی غلات موجب ایجاد آنزیم‌های لازم برای تبدیل نشاسته‌های غله به قندها – یعنی α-آمیلاز و β-آمیلاز – می‌شود. انواع این قندها شامل مونوساکارید گلوکز، دی‌ساکارید مالتوز، تری‌ساکارید مالتوتریوز و قندهای با درجات پلیمریزاسیون بالاتر موسوم به مالتودکسترین‌ها هستند. خیساندن و جوانه‌زنی غله بسیار زمان‌بر است، زیرا خیساندن 1–2 روز طول می‌کشد و جوانه‌زنی به 4–6 روز دیگر نیاز دارد. این امر تولید مالت را زمان‌بر و پرهزینه می‌کند.
جوی در حال جوانه‌زنی
بهبود مالت‌سازی با فراصوت
راهکار: فراصوت‌دهی
- فراصوت‌دهی ظرفیت و سرعت جوانه‌زنی دانه‌های جو را بهبود می‌دهد.
اثرات فراصوت:
- خیساندن سریع‌تر و بهتر
- جوانه‌زنی سریع‌تر
- جوانه‌زنی کامل‌تر
- فعال‌سازی آنزیم‌ها
- نرخ استخراج بالاتر
- مالت باکیفیت
این اثرات ناشی از فراصوت، حاصل بهبود فعالیت آنزیمی و ریزترک‌هایی هستند که بر اثر کاویتاسیون فراصوتی روی بذر ایجاد می‌شوند. دانهٔ جو می‌تواند در زمانی کوتاه‌تر آب بیشتری جذب کند که به بهبود چشمگیر آب‌گیری بذرها می‌انجامد. آب‌گیری سریع و جوانه‌زنی یکنواخت برای کیفیت مطلوب مالت‌سازی اهمیت دارند، زیرا بذرهای جوانه‌نزده مستعد آسیب‌های باکتریایی و قارچی هستند.
مالت‌سازی فرایندی پیچیده است که آنزیم‌های بسیاری در آن نقش دارند؛ از موارد مهم می‌توان به α-آمیلاز، β-آمیلاز، α-گلوکوزیداز و دکسترین حدی اشاره کرد. طی مالت‌سازی، جو فرایند طبیعی و ناتمام جوانه‌زنی را طی می‌کند که شامل مجموعه‌ای از تجزیه‌های آنزیمی آندوسپرم دانهٔ جو است. در نتیجهٔ این تجزیهٔ آنزیمی، دیواره‌های سلولی آندوسپرم تجزیه می‌شوند و گرانول‌های نشاسته از ماتریس آندوسپرم که در آن جای گرفته‌اند آزاد می‌شوند. فراصوت آنزیم‌ها را فعال می‌کند و نرخ استخراج مواد درون‌سلولی، مانند نشاسته و پروتئین‌ها، را بهبود می‌دهد. مولکول‌های آرابینوزایلان در محلول‌های رقیق پلی‌ساکاریدی تمایل به تشکیل تجمعات درشت‌مولکولی دارند. فراصوت‌دهی به کاهش مؤثر تجمعات پلی‌ساکاریدی کمک می‌کند. با تجزیهٔ پلی‌ساکارید نشاسته، کربوهیدرات‌های قابل‌تخمیر تولید می‌شوند. این کربوهیدرات‌ها در مرحلهٔ تخمیرِ تولید آبجو به الکل تبدیل می‌شوند.
تمام این اثرات فراصوت بر فرایندهای زیست‌شیمیایی طی مالت‌سازی موجب کوتاه‌تر شدن زمان جوانه‌زنی و افزایش درصد / بازده جوانه‌زنی می‌شوند. کوتاه‌شدن دورهٔ جوانه‌زنی، مزایای تجاری چشمگیری برای صنعت مالت‌سازی و آبجوسازی به همراه دارد.
Yaldagard et al. (2008) نشان داده‌اند که فراصوت «این قابلیت را دارد که در فرایندهای مالت‌سازی به‌عنوان روشی برای تیمار بذرها به کار رود تا دورهٔ جوانه‌زنی را کوتاه کند و درصد کل جوانه‌زنی را بهبود دهد.»
جوانه‌زنی سریع‌تر با فراصوت‌دهی
دستورالعمل پیش‌تیمار بذر جو با فراصوت
بذرهای جو Hordeum vulgare (محتوای رطوبت 9%؛ نگهداری‌شده در دمای اتاق به‌مدت 3 ماه پس از برداشت)
دستگاه فراصوت UP200H (200W, 24kHz) مجهز به سونوتْرود S3 (شکل شعاعی، قطر 3mm، حداکثر عمق غوطه‌وری 90mm)
دستورالعمل:
نوک هورن تقریباً 9 mm در محلول فرایند، متشکل از آب و بذرهای جو، فرو برده شد. تمام آزمایش‌ها روی نمونه‌هایی (10 g بذر جو) پراکنده‌شده در 80 mL آب لوله‌کشی، با فراصوت‌دهی مستقیم (سامانهٔ پروبی) و توان ورودی 20، 60 و 100%، همراه با هم‌زدن یا تکان‌دادن اضافی انجام شدند. این کار برای جلوگیری از امواج ایستاده یا تشکیل نواحی فاقد مواد جامد انجام شد تا امواج فراصوت به‌طور یکنواخت توزیع شوند. دستگاه فراصوت با استفاده از کنترل چرخهٔ کاری در حالت پالسی تنظیم شد تا تشکیل رادیکال‌های آزاد کاهش یابد. چرخه برای تمام آزمایش‌ها روی 50% تنظیم شد. محلول در دمای ثابت 30°C به‌مدت 5، 10 و 15 min پردازش شد. [Yaldagard et al. 2008]
نتایج:
تیمارهای فراصوتی موجب آب‌گیری بیشتر و جوانه‌زنی سریع‌تر در زمانی کوتاه‌تر می‌شوند.
بیشترین جوانه‌زنی بذر (تقریباً 100%) در تنظیم توان 100% ثبت شد. برای بذرهایی که به‌مدت 5، 10 و 15 min با توان کامل (تنظیم توان 100% دستگاه) فراصوت‌دهی شدند، درصد جوانه‌زنی از ~93٫3% (بذرهای فراصوت‌دهی‌نشده) به‌ترتیب به 97٫2%، 98% و 99٫4% افزایش یافت. این نتایج را می‌توان به اثرات مکانیکی کاویتاسیون ناشی از فراصوت نسبت داد که جذب آب توسط دیواره‌های سلولی را افزایش می‌دهد. فراصوت‌دهی انتقال جرم را تقویت می‌کند و نفوذ آب از میان دیوارهٔ سلولی به درون سلول را تسهیل می‌کند. فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون در نزدیکی دیواره‌های سلولی، ساختار سلول را تخریب می‌کند و به‌واسطهٔ جت‌های مایع ناشی از فراصوت، انتقال جرم مطلوبی را امکان‌پذیر می‌سازد.
این روش زمان لازم برای آغاز جوانه‌زنی بذرها را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد. ریشه‌های مویی در نمونه‌های تیمارشده سریع‌تر ظاهر شدند و در مقایسه با بذرهای فراصوت‌دهی‌نشده رشد فراوانی داشتند. هنگام استفاده از جوی تیمارشده به روش فوق، دورهٔ جوانه‌زنی از مدت معمول 7 روز به 4 تا 5 روز کاهش یافت (بسته به توان فراصوت و زمان مواجهه). افزون بر این، پس از زمان پردازش 15 min، میانگین زمان جوانه‌زنی از 6٫66 روز در تنظیم توان 20% به 4٫04 روز در تنظیم توان فراصوت 100% کاهش یافت. تحلیل داده‌های حاصل نشان می‌دهد که میزان جوانه‌زنی و میانگین زمان جوانه‌زنی طی آزمون، به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر تنظیمات مختلف توان فراصوت قرار گرفتند. تمام آزمایش‌ها در مقایسه با شاهد فراصوت‌دهی‌نشده به افزایش جوانه‌زنی بذرهای جو منجر شدند (شکل 1). بیشترین میانگین زمان جوانه‌زنی برای تنظیم توان 20% و کمترین میانگین زمان جوانه‌زنی برای تنظیم توان 100% ثبت شد (شکل 2).
درصد و بازده جوانه‌زنی بالاتر با فراصوت
همچنین ثابت شده است که فراصوت‌دهی جوانه‌زنی بذر نخود، گندم، گوجه‌فرنگی، فلفل، هویج، تربچه، ذرت، برنج، هندوانه، آفتابگردان و بسیاری از گیاهان دیگر را بهبود می‌دهد.
تجهیزات فراصوت
Hielscher Ultrasonics سونیکاتورهای پرتوان و قابل‌اعتماد را برای کاربردهای آزمایشگاهی، رومیزی و صنعتی عرضه می‌کند. برای پیش‌تیمار بذر و مالت‌سازی در مقیاس تجاری، سامانه‌های فراصوت صنعتی خود مانند UIP2000hdT (2kW)، UIP4000hdT (4kW)، UIP10000 (10kW) یا UIP16000 (16kW) را پیشنهاد می‌کنیم. انواع راکتورهای سلول جریان و لوازم جانبی، مجموعهٔ محصولات ما را تکمیل می‌کنند. تمام سامانه‌های Hielscher بسیار مقاوم هستند و برای کارکرد 24/7 ساخته شده‌اند.
برای آزمودن و بهینه‌سازی پیش‌تیمار و جوانه‌زنی بذر با فراصوت، امکان بازدید از آزمایشگاه فرایند فراصوت و مرکز فنی کاملاً مجهز خود را در اختیار شما قرار می‌دهیم!
همین امروز با ما تماس بگیرید! خوشحال می‌شویم دربارهٔ فرایند شما با شما گفت‌وگو کنیم!
UIP1000hdT
فراصوت
- تسریع جوانه‌زنی
- بازده بالاتر
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
منابع و مراجع
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): بهبود جوانه‌زنی بذر چهار گونهٔ زراعی با استفاده از روش فراصوت. Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): بررسی ترکیب پروتئین جو طی فرایند دم کردن آبجو با استفاده از SE-HPLC. پروژه مدرک در دانشگاه کالمار، دانشکده علوم طبیعی محض و کاربردی، سوئد کار می کند.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): کاربرد امواج فراصوت به‌عنوان روشی برای پیش‌تیمار بذر به‌منظور تسریع و بهبود جوانه‌زنی بذر جو: بهینه‌سازی روش با رویکرد تاگوچی. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): اثربخشی تیمار امواج فراصوت بر تحریک جوانه زنی دانه جو و فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز آن. مجله بین المللی مهندسی بیولوژیکی، زیست مولکولی، کشاورزی، غذا و بیوتکنولوژی 1/10، 2007.
دانستنی‌هایی دربارهٔ جو و مالت
فرایند مالت‌سازی
در مالت‌سازی، دانهٔ غله جوانه می‌زند و این فرایند شامل سه مرحله است: خیساندن، جوانه‌زنی و خشک‌کردن در کوره. طی خیساندن، آب به دانه‌ها افزوده می‌شود که آنزیم‌ها را فعال می‌کند. خیساندن متداول 1–2 روز طول می‌کشد. پس از 1–2 روز، محتوای آب دانه‌های جو به 40–45% رسیده است. در این مرحله، جو از آب خیساندن خارج می‌شود و جوانه‌زنی آغاز می‌شود.
طی جوانه‌زنی، چندین آنزیم تشکیل یا فعال می‌شوند که بعداً در فرایند مش‌سازی ضروری هستند. β-گلوکان‌ها به‌وسیلهٔ اندو-β-1,4-گلوکاناز و اندو-β-1,3-گلوکاناز تجزیه می‌شوند. اندو-β-1,4-گلوکاناز از پیش در جو وجود دارد، اما اندو-β-1,3-گلوکاناز فقط در مالت وجود دارد. از آنجا که β-گلوکان‌ها ژل تشکیل می‌دهند و در نتیجه می‌توانند در فیلتراسیون مشکل ایجاد کنند، مقدار بالای β-گلوکاناز و مقدار پایین β-گلوکان در مالت مطلوب است. طی جوانه‌زنی، مقدار نشاسته کاهش و مقدار قند افزایش می‌یابد و نشاسته به‌وسیلهٔ α-آمیلاز و β-آمیلاز تجزیه می‌شود. در جو هیچ α-آمیلازی وجود ندارد؛ این آنزیم طی جوانه‌زنی تولید می‌شود، در حالی که β-آمیلاز از پیش در جو وجود دارد. پروتئین‌ها نیز طی جوانه‌زنی تجزیه می‌شوند. پپتیدازها 35 – 40 % از پروتئین‌ها را به مواد محلول تجزیه می‌کنند. پس از 5 تا 6 روز، جوانه‌زنی کامل می‌شود و فرایندهای حیاتی آن با خشک‌کردن در کوره غیرفعال می‌شوند. در خشک‌کردن در کوره، آب با عبور هوای گرم از میان مالت حذف می‌شود. این کار جوانه‌زنی و تغییرات مالت را متوقف می‌کند و در عوض، ترکیبات رنگی و طعمی از طریق واکنش‌های مایارد تشکیل می‌شوند.
آنزیم‌ها در فرایند مالت‌سازی و آبجوسازی
مهم‌ترین آنزیم‌ها برای هیدرولیز نشاسته در جو، آنزیم‌های α-آمیلاز و β-آمیلاز هستند که هیدرولیز نشاسته به قندها را کاتالیز می‌کنند. آمیلاز پلی‌ساکاریدها، یعنی نشاسته، را به مالتوز تجزیه می‌کند. β-آمیلاز پیش از جوانه‌زنی به‌شکل غیرفعال وجود دارد، در حالی که α-آمیلاز و پروتئازها پس از آغاز جوانه‌زنی ظاهر می‌شوند. از آنجا که α-آمیلاز می‌تواند در هر نقطه از سوبسترا عمل کند، معمولاً سریع‌تر از β-آمیلاز عمل می‌کند. β-آمیلاز هیدرولیز دومین پیوند گلیکوزیدی α-1,4 را کاتالیز می‌کند و دو واحد گلوکز / مالتوز را به‌طور هم‌زمان جدا می‌کند.
آنزیم‌های دیگر، مانند پروتئازها، پروتئین‌های دانه را به شکل‌هایی تجزیه می‌کنند که مخمر می‌تواند از آن‌ها استفاده کند. بسته به زمان توقف فرایند مالت‌سازی، نسبت مطلوبی از نشاسته / آنزیم به دست می‌آید و بخشی از نشاسته به قندهای قابل‌تخمیر تبدیل می‌شود. مالت همچنین حاوی مقادیر کمی از قندهای دیگر، مانند ساکارز و فروکتوز است که محصول تغییر نشاسته نیستند و از پیش در دانه وجود داشته‌اند. تبدیل بیشتر به قندهای قابل‌تخمیر طی فرایند مش‌سازی انجام می‌شود.
هیدرولیز نشاسته
طی هیدرولیز آنزیمی، آنزیم‌ها فرایند قندسازی را کاتالیز می‌کنند؛ به این معنا که کربوهیدرات‌ها (نشاسته) به مولکول‌های قندی سازندهٔ خود تجزیه می‌شوند. با هیدرولیز، منبع انرژی (نشاسته) به قندهایی تبدیل می‌شود که جوانه برای رشد مصرف می‌کند.
پروتئین‌های جو
محتوای پروتئین جو 8 تا 15% است. پروتئین‌های جو نقش اساسی در کیفیت مالت و آبجو دارند. پروتئین‌های محلول برای حفظ و پایداری کف آبجو اهمیت دارند.
آرابینوزایلان‌ها و β-گلوکان در جو
آرابینوزایلان‌ها و β-گلوکان فیبرهای غذایی محلول هستند. عصاره‌های مالت می‌توانند حاوی مقادیر بالایی از آرابینوزایلان‌ها باشند که ممکن است طی فیلتراسیون مشکل ایجاد کنند، زیرا عصاره‌های گرانرو می‌توانند عملکرد فرایندهای آبجوسازی را به‌طور چشمگیری تضعیف کنند. در فرایند آبجوسازی، مقدار بالای β-گلوکان در جو ممکن است به تجزیهٔ ناکافی دیواره‌های سلولی منجر شود که به‌نوبهٔ خود مانع انتشار آنزیم‌ها، جوانه‌زنی و بسیج ذخایر دانه می‌شود و در نتیجه عصارهٔ مالت را کاهش می‌دهد. β-گلوکان باقی‌مانده همچنین ممکن است به تشکیل حریرهٔ مالت بسیار گرانرو منجر شود و در کارخانهٔ آبجوسازی مشکل فیلتراسیون ایجاد کند؛ همچنین ممکن است در فرایند رسیدن آبجو نقش داشته باشد و موجب کدورت ناشی از سرما شود. آرابینوزایلان‌ها در دیواره‌های سلولی جو، یولاف، گندم، چاودار، ذرت، برنج، سورگوم و ارزن یافت می‌شوند. قابلیت استخراج هر دو مادهٔ آرابینوزایلان و β-گلوکان با فراصوت‌دهی به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.
آنتی‌اکسیدان‌های جو
جو حاوی بیش از 50 پروآنتوسیانیدین، از جمله فلاوان-3-اُل الیگومری و پلیمری، کاتچین و گالوکاتچین است. پروآنتوسیانین B3 دیمری و پروسیانیدین B3 فراوان‌ترین آن‌ها در جو هستند.
آنتی‌اکسیدان‌ها به‌دلیل توانایی خود در به‌تأخیرانداختن یا جلوگیری از واکنش‌های اکسیداسیون و واکنش‌های رادیکال‌های آزاد اکسیژن شناخته می‌شوند و همین ویژگی آن‌ها را در فرایند مالت‌سازی و آبجوسازی مهم می‌کند. آنتی‌اکسیدان‌ها (مانند سولفیت‌ها، فرمالدهید و آسکوربات) به‌عنوان افزودنی در فرایند آبجوسازی استفاده می‌شوند تا پایداری طعم آبجو را بهبود دهند. حدود 80% از ترکیبات فنولی آبجو از مالت جو به دست می‌آیند.