Ultraäänimallas ja maltaiden itävyys
- Mallastaminen on aikaa vievä prosessi: viljan siementen liotus ja nesteytys vie paljon aikaa ja saavuttaa enimmäkseen epätasaisia tuloksia.
- Ultraäänellä ohran itävyysnopeutta, nopeutta ja saantoa voidaan parantaa merkittävästi.
Maltaiden tuotanto
Mallasta / mallasviljaa käytetään laajalti oluen, viskin, mallaspirtelöiden, mallasetikan sekä elintarvikelisäaineen valmistukseen. Malastusprosessin aikana kuivattu vilja (esim. ohra) liotetaan vedessä itämisen aloittamiseksi. Itämisen aikana vapautuu olemassa olevia entsyymejä, tuotetaan uusia entsyymejä ja endospermisoluseinät rikkoutuvat solujen sisällön vapauttamiseksi sekä osan varastoidun proteiinin hajottamiseksi aminohapoiksi. Kun tietty itävyysaste on saavutettu, itämisprosessi pysäytetään kuivausprosessilla. Mallastamalla jyviä, entsyymejä – nimittäin α-amylaasi ja β-amylaasi – Tarvitaan viljan tärkkelyksen muokkaamiseen sokereiksi. Erilaisia sokerityyppejä ovat monosakkaridiglukoosi, disakkaridimaltoosi, trisakkaridimaltotrioosi ja korkeammat sokerit, joita kutsutaan maltodekstriineiksi. Viljan liotus ja itävyys on melko aikaa vievää, kun otetaan huomioon, että liotus kestää 1-2 päivää ja itävyys kestää vielä 4-6 päivää. Tämä tekee maltaan tuotannosta aikaa vievää ja kallista.
Itävä ohra
Ultraäänellä parannettu mallastus
Ratkaisu: sonikaatio
- Sonikaatio parantaa ohranjyvien itävyyttä ja nopeutta.
Ultraäänen vaikutukset:
- Nopeampi ja parempi liotus
- Nopeampi itävyys
- Täydellisempi itävyys
- Entsyymien aktivointi
- korkeampi uuttonopeus
- Korkealaatuinen mallas
Nämä ultraäänellä aloitetut vaikutukset johtuvat parantuneesta entsymaattisesta aktiivisuudesta ja mikrohalkeamista, jotka aiheutuvat ultraääni kavitaatio siemenellä. Ohranjyvä voi imeä enemmän vettä lyhyemmässä ajassa, mikä johtaa merkittävästi Parempi nesteytys siemenistä. Nopea nesteytys ja tasainen itävyys ovat tärkeitä hyvän mallaslaadun kannalta, koska itämättömät siemenet ovat alttiita bakteeri- ja sienivaurioille.
Mallastus on monimutkainen prosessi, johon liittyy monia entsyymejä; Tärkeitä ovat α-amylaasi, β-amylaasi, α-glukosidaasi ja rajadekstriini. Mallastuksen aikana ohra käy läpi epätäydellisen luonnollisen itävyysprosessin, johon liittyy useita ohran ytimen endospermin entsyymihajoamisia. Tämän entsyymin hajoamisen seurauksena endospermisoluseinät hajoavat ja tärkkelysrakeet vapautuvat endospermin matriisista, johon ne on upotettu. Ultrasonics aktivoi entsyymejä ja parantaa solunsisäisen materiaalin, esimerkiksi tärkkelyksen, proteiinien, uuttonopeutta. Arabinoksylaanimolekyylit pyrkivät muodostamaan makromolekyyliaggregaatteja laimeissa polysakkaridiliuoksissa. Ultrasonication auttaa vähentämään polysakkaridien aggregaatteja tehokkaasti. Polysakkariditärkkelyksen hajoamisella tuotetaan fermentoituvia hiilihydraatteja. Tällaiset hiilihydraatit muunnetaan alkoholiksi oluen valmistuksen käymisvaiheessa.
Kaikki nämä ultraäänivaikutukset biokemiallisiin prosesseihin mallastuksen aikana johtavat a lyhyempi itävyysaika ja a korkeampi itävyys / saanto. Itämisajan lyhentäminen johtaa merkittäviin Kaupalliset edut mallas- ja panimoteollisuudelle.
(2008) on osoittanut, että ultraääni “on mahdollista käyttää mallastusprosesseissa siementen käsittelymenetelmänä itävyysajan lyhentämiseksi ja kokonaisitävyyden prosenttiosuuden parantamiseksi.”
Nopeampi itävyys sonikaatiolla
Ultraääniohran siementen pohjustusprotokolla
Ohran siemenet Hordeum vulgare (9% kosteuspitoisuus; säilytetään huoneenlämmössä 3 kuukautta sadonkorjuun jälkeen)
Ultraäänilaite UP200H (200W, 24kHz) varustettu sonotrode S3: lla (säteittäinen muoto, halkaisija 3 mm, upotussyvyys 90 mm)
Protokolla:
Sarven kärki upotettiin n. 9 mm veden ja ohran siemenistä koostuvaan prosessiliuokseen. Kaikki kokeet suoritettiin näytteillä (10 g ohran siemeniä), jotka oli dispergoitu 80 ml: aan vesijohtovettä suoralla sonikaatiolla (koetinjärjestelmä) 20, 60 ja 100%: n tehonsyötöllä lisäravistelulla tai ravistelulla. Tätä käytettiin välttämään seisovia aaltoja tai kiinteiden vapaiden alueiden muodostumista ultraääniaaltojen tasaiselle jakautumiselle. Ultraäänilaite asetettiin pulsaatiotilaan käyttämällä käyttöjakson ohjausta vapaiden radikaalien muodostumisen vähentämiseksi. Sykli asetettiin 50%: iin kaikissa kokeissa. Liuosta käsiteltiin tasaisessa 30 °C:n lämpötilassa 5, 10 ja 15 minuutin ajan [Yaldagard et al. 2008]
Tulokset:
Ultraäänihoidot johtavat korkeampaan nesteytykseen ja nopeampaan itävyyteen lyhyemmässä ajassa.
Suurin siementen itävyys (noin 100%) kirjattiin 100%: n tehoasetuksella. 5, 10 ja 15 minuutin ajan sonikoitujen siementen osalta täydellä teholla (laitteen 100%: n tehoasetus) itävyysaste nostettiin ~ 93,3%: sta (ei-sonikoidut siemenet) vastaavasti 97,2%: iin, 98%: iin ja 99,4%: iin. Nämä tulokset voivat johtua mekaanisista vaikutuksista, jotka johtuvat ultraäänellä indusoidusta kavitaatiosta, joka lisää soluseinien vedenottoa. Sonikaatio parantaa massansiirtoa ja helpottaa veden tunkeutumista soluseinän läpi solun sisätilaan. Kavitaatiokuplien romahtaminen soluseinien lähellä häiritsee solurakennetta ja mahdollistaa hyvän massansiirron ultraääninestesuihkujen ansiosta.
Menetelmä lyhensi huomattavasti siementen itämisen aloittamiseen tarvittavaa aikaa. Hiusten juuret ilmestyivät nopeammin käsitellyissä näytteissä ja kasvoivat runsaasti verrattuna ei-sonikoituihin siemeniin. Kun käytetään ohraa, jota käsitellään edellä kuvatulla tavalla, itävyysaika lyheni 4–5 päivään (riippuen ultraäänitehosta ja altistusajasta) tavallisesta 7 päivästä. Lisäksi keskimääräinen itävyysaika laski 6,66 päivästä 20%: n tehoasetuksella 4,04 päivään ultraäänitehoasetuksella 100% 15 minuutin käsittelyajan jälkeen. Tuloksena olevien tietojen analyysi osoittaa, että erilaiset ultraäänitehoasetukset vaikuttivat merkittävästi itävyyden laajuuteen ja keskimääräiseen itävyysaikaan itävyystestin aikana. Kaikki kokeet johtivat ohran siementen lisääntyneeseen itävyyteen verrattuna ei-sonikoituun kontrolliin (kuva 1). Suurin keskimääräinen itävyysaika kirjattiin 20 %:n tehoasetukselle ja pienin keskimääräinen itämisaika 100 %:n tehoasetukselle (kuva 2).
Korkeampi itävyys ja saanto ultraäänellä
Sonikaatio on myös osoittautunut parantavan kikherneiden, vehnän, tomaatin, pippurin, porkkanan, retiisin, maissin, riisin, vesimelonin, auringonkukan ja monien muiden siementen itävyyttä.
Ultraäänilaitteet
Hielscher Ultrasonics toimittaa luotettavia suuritehoisia ultraäänilaitteita laboratorio-, penkki- ja teollisuuskäyttöön. Siementen pohjustamiseen ja mallastamiseen kaupallisessa mittakaavassa suosittelemme teollisia ultraäänijärjestelmiämme, kuten UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) tai UIP16000 (16kW). Jakotukin virtauskennoreaktorit ja tarvikkeet täydentävät tuotevalikoimaamme. Kaikki Hielscher-järjestelmät ovat erittäin kestäviä ja rakennettu 24/7 käyttöön.
Ultraäänisiementen pohjustuksen ja itämisen testaamiseksi ja optimoimiseksi tarjoamme sinulle mahdollisuuden vierailla täysin varustetussa ultraääniprosessilaboratoriossamme ja teknisessä keskuksessamme!
Ota yhteyttä jo tänään! Olemme iloisia voidessamme keskustella prosessistasi kanssasi!
UIP1000hdT
Ultraääni
- Nopeutettu itävyys
- Korkeampi saanto
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kirjallisuus/viitteet
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Neljän viljelykasvilajin siementen itämisen parantaminen ultraäänitekniikalla. Kokeellinen maatalous, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): Tutkimus ohraproteiinikoostumuksesta oluen valmistusprosessin aikana SE-HPLC: n avulla. Tutkintoprojekti työskentelee Kalmarin yliopistossa, luonnontieteiden korkeakoulussa, Ruotsissa.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Ultraääniaaltojen käyttö pohjustustekniikkana ohran siementen itämisen nopeuttamiseksi ja parantamiseksi: menetelmän optimointi Taguchi-lähestymistavalla. J. Inst. Hauduta. 114(1), 2008. 14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Ultraäänikäsittelyn tehokkuus ohran siementen itämisen stimuloinnissa ja sen alfa-amylaasiaktiivisuudessa. International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering 1/10, 2007.
Tietoja ohrasta & mallas
Mallastusprosessi
Mallastuksessa viljajyvät itävät ja siihen kuuluu kolme vaihetta: liotus, itävyys ja uunitus. Liotuksen aikana entsyymejä aktivoiviin jyviin lisätään vettä. Tavanomainen liotus kestää 1-2 päivää. 1-2 päivän kuluttua ohranjyvät ovat saavuttaneet 40-45%: n vesipitoisuuden. Tässä vaiheessa ohra poistetaan liotusvedestä ja itävyys alkaa.
Itämisen aikana muodostuu tai aktivoituu useita entsyymejä, jotka myöhemmin mashing-prosessissa ovat välttämättömiä. β-glukaanit hajoavat endo-β-1,4-glukanaasin ja endo-β-1,3-glukanaasin avulla. Endo-β-1,4-glukanaasia on jo ohrassa, mutta endo-β-1,3-glukanaasia on vain maltaissa. Koska β-glukaanit muodostavat geeliä ja voivat siten aiheuttaa ongelmia suodatuksessa, maltaissa on toivottavaa olla korkea β-glukanaasipitoisuus ja alhainen β-glukaanipitoisuus. Tärkkelyspitoisuus pienenee ja sokeripitoisuus kasvaa itämisen aikana ja tärkkelys hajoaa α-amylaasilla ja β-amylaasilla. Ohrassa ei ole α-amylaasia; Sitä tuotetaan itämisen aikana, kun taas ohrassa on jo β-amylaasi. Proteiinit hajoavat myös itämisen aikana. Peptidaasit hajottavat 35 – 40 % proteiineista liukoiseksi materiaaliksi. 5-6 päivän kuluttua itävyys on valmis ja sen elinkaariprosessit inaktivoidaan polttamalla. Uunissa vesi poistetaan johtamalla kuumaa ilmaa maltaan läpi. Tämä pysäyttää itämisen ja muuntumisen, ja sen sijaan Maillard-reaktiot muodostavat väri- ja makuyhdisteitä.
Entsyymit mallastuksessa & Panimo prosessi
Tärkeimmät entsyymit tärkkelyksen hydrolyysissä ohrassa ovat α-amylaasi- ja β-amylaasientsyymit, jotka katalysoivat tärkkelyksen hydrolyysiä sokereiksi. Amylaasi hajottaa polysakkaridit, nimittäin tärkkelyksen, maltoosiksi. β-amylaasi on läsnä inaktiivisessa muodossa ennen itämistä, kun taas α-amylaasi ja proteaasit ilmestyvät, kun itävyys on alkanut. Koska α-amylaasi voi toimia missä tahansa substraatissa, se on yleensä nopeammin vaikuttava kuin β-amylaasi. β-amylaasi katalysoi toisen α-1,4-glykosidisidoksen hydrolyysiä pilkkomalla kaksi glukoosiyksikköä / maltoosia kerralla.
Muut entsyymit, kuten proteaasit, hajottavat viljan proteiinit muotoihin, joita hiiva voi käyttää. Riippuen siitä, milloin mallastusprosessi lopetetaan, saadaan edullinen tärkkelys / entsyymisuhde ja osittain muunnettu tärkkelys fermentoituviksi sokereiksi. Maltaat sisältävät myös pieniä määriä muita sokereita, kuten sakkaroosia ja fruktoosia, jotka eivät ole tärkkelyksen modifioinnin tuotteita, mutta olivat jo viljassa. Edelleen muuntaminen fermentoituviksi sokereiksi saavutetaan mashing-prosessin aikana.
Tärkkelyksen hydrolyysi
Entsymaattisen hydrolyysin aikana entsyymit katalysoivat sokerointiprosessia, mikä tarkoittaa, että hiilihydraatit (tärkkelys) hajoavat sen komponenttisokerimolekyyleiksi. Hydrolyysin avulla energialähde (tärkkelys) muunnetaan sokereiksi, joita alkio kuluttaa kasvamaan.
Proteiinit ohrassa
Ohran proteiinipitoisuus on 8-15%. Ohran proteiinit vaikuttavat olennaisesti maltaan ja oluen laatuun. Liukoiset proteiinit ovat tärkeitä oluen pään pidättymiselle ja stabiiliudelle.
Arabinoksylaanit ja β-glukaani ohrassa
Arabinoksylaanit ja β-glukaani ovat liukoisia ravintokuituja. Mallasuutteet voivat sisältää suuria määriä arabinoksylaaneja, mikä voi aiheuttaa vaikeuksia suodatuksen aikana, koska viskoosiset uutteet voivat heikentää merkittävästi panimoprosessien suorituskykyä. Panimoprosessissa ohran korkea β-glukaanipitoisuus voi johtaa soluseinien riittämättömään hajoamiseen, mikä puolestaan estää entsyymien diffuusiota, itämistä ja ytimen varantojen mobilisointia ja vähentää siten mallasuutetta. Jäännös β-glukaani voi myös johtaa erittäin viskoosiin vierteeseen, mikä aiheuttaa suodatusongelman panimossa, ja se voi osallistua oluen kypsymiseen aiheuttaen kylmää sameutta. Arabinoksylaaneja löytyy ohran, kauran, vehnän, rukiin, maissin, riisin, durran ja hirssin soluseinistä. Sekä arabinoksylaanien että β-glukaanin uutettavuus lisääntyy merkittävästi sonikaatiolla.
Antioksidantit ohrassa
Ohra sisältää yli 50 proantosyanidiinia, mukaan lukien oligomeerinen ja polymeerinen flavan-3-oli, katekiini ja gallokatekiini. Dimeerinen proantosyaani B3 ja prosyanidiini B3 ovat ohran runsaimpia.
Antioksidantit tunnetaan kyvystään viivästyttää tai estää hapettumisreaktioita ja hapen vapaiden radikaalien reaktioita, mikä tekee niistä tärkeitä mallastus- ja panimoprosessissa. Antioksidantteja (esim. sulfiitteja, formaldehydiä, askorbaattia) käytetään lisäaineina panimoprosessissa oluen maun vakauden parantamiseksi. Noin 80% oluen fenolisista yhdisteistä on peräisin ohramaltaasta.