מאלטינג על-קולי ונביטת מאלט
- מתן הוא תהליך גוזל זמן: השריה והידרציה של זרעי הדגן לוקח הרבה זמן ומשיג בעיקר תוצאות לא אחידות.
- על ידי ultrasonication, מהירות נביטה, קצב ותשואה של שעורה ניתן לשפר באופן משמעותי.
ייצור מאלט
דגן לתת? לתת נמצא בשימוש נרחב להכנת בירה, ויסקי, שייקים מאלט, חומץ מאלט, כמו גם תוסף מזון. במהלך תהליך ההמלטה, הדגן המיובש (למשל שעורה) מושרה במים כדי להתחיל לנבוט. במהלך הנביטה משתחררים אנזימים קיימים, מיוצרים אנזימים חדשים, ודפנות תאי האנדוספרם נשברות כדי לשחרר את תכולת התאים שלהם וכן כדי לפרק חלק מהחלבון המאוחסן לחומצות אמינו. כאשר הושגה מידה מסוימת של נביטה, תהליך הנביטה נעצר על ידי תהליך ייבוש. על ידי מתן דגנים, האנזימים – כלומר α-עמילאז ו-β-עמילאז – required for modifying the grain’s starches into sugars are developed. The various types of sugar include the monosaccharide glucose, the disaccharide maltose, the trisaccharide maltotriose, and higher sugars called maltodextrines. The steeping and germination of the grain is quite time-consuming, considering that the steeping takes 1-2 days and the germination takes additional 4-6 days. This makes the malt production time-consuming and expensive.
נביטת שעורה
מאלטינג משופר באולטרה-סאונד
הפתרון: סוניקציה
- סוניקציה משפרת את יכולת הנביטה והמהירות של גרגרי שעורה.
השפעות האולטרסאונד:
- השריה מהירה וטובה יותר
- נביטה מהירה יותר
- נביטה שלמה יותר
- הפעלת אנזימים
- שיעור מיצוי גבוה יותר
- מאלט איכותי
השפעות אולטרה-סאונד אלה נגרמות על ידי פעילות אנזימטית משופרת וסדקים זעירים הנגרמים על ידי קוויטציה קולית על הזרע. גרגרי השעורה יכולים לספוג יותר מים בפרק זמן קצר יותר, מה שמוביל לירידה משמעותית הידרציה משופרת של הזרעים. הידרציה מהירה ואפילו נביטה חשובים לאיכות לתת טובה, שכן זרעים לא מונבטים מועדים לנזק חיידקי ופטרייתי.
מלטינג הוא תהליך מורכב המערב אנזימים רבים; החשובים שבהם הם α-עמילאז, β-עמילאז, α-גלוקוזידאז ודקסטרין מוגבל. במהלך ההמלטה, השעורה עוברת תהליך נביטה טבעי לא שלם הכולל סדרה של פירוק אנזימים של אנדוספרם גרעיני שעורה. כתוצאה מפירוק אנזים זה, דפנות תאי אנדוספרם מתפרקות, וגרגירי עמילן משתחררים מהמטריצה של האנדוספרם שבה הם מוטמעים. אולטרסאונד מפעיל אנזימים ומשפר את קצב המיצוי של החומר התוך-תאי, למשל עמילן, חלבונים. מולקולות ארבינוקסילן נוטות ליצור אגרגטים מקרומולקולריים בתמיסות הרב-סוכריות המדוללות. Ultrasonication מסייע להפחית את אגרגטים של סוכרים ביעילות. על ידי השפלה של עמילן פוליסכרידים, פחמימות מותססות מיוצרים. פחמימות כאלה מומרים לאלכוהול בשלב התסיסה של ייצור הבירה.
כל ההשפעות העל-קוליות הללו על התהליכים הביו-כימיים במהלך ההמלטה גורמות ל זמן נביטה קצר יותר וכן שיעור נביטה? תשואה גבוהים יותר. קיצור תקופת הנביטה מביא לתוצאות משמעותיות יתרונות מסחריים לתעשיית המלטינג והמבשלות.
Yaldagard et al. (2008) הראו כי קוליים “יש פוטנציאל לשמש בתהליכי לתת כשיטה לטיפול בזרעים כדי להפחית את תקופת הנביטה ולשפר את אחוז הנביטה הכוללת.”
נביטה מהירה יותר על ידי סוניקציה
פרוטוקול פריימינג של זרעי שעורה אולטראסוניים
זרעי שעורה Hordeum vulgare (תכולת לחות של 9%; מאוחסן בטמפרטורת החדר למשך 3 חודשים לאחר הקציר)
מכשיר קולי UP200H (200W, 24kHz) מצויד sonotrode S3 (צורה רדיאלית, קוטר 3 מ"מ, עומק טבילה מרבי 90mm)
פרוטוקול:
קצה הקרן היה שקוע כ-9 מ"מ בתמיסת התהליך המורכבת מהמים וזרעי השעורה. כל הניסויים בוצעו על דגימות (10 גרם זרעי שעורה) מפוזרות במי ברז של 80 מ"ל עם סוניקציה ישירה (מערכת בדיקה) בכניסת כוח של 20, 60 ו-100%, עם תסיסה או טלטול נוספים. זה שימש כדי למנוע גלים עומדים או היווצרות של אזורים חופשיים מוצקים עבור פיזור אחיד של גלים קוליים. המכשיר העל-קולי הוגדר למצב פעימה, באמצעות בקרת מחזור חובה, על מנת להפחית את היווצרותם של רדיקלים חופשיים. המחזור נקבע על 50% לכל הניסויים. התמיסה עובדה בטמפרטורה קבועה של 30 מעלות צלזיוס במשך 5, 10 ו -15 דקות. [Yaldagard et al. 2008]
תוצאות:
הטיפולים האולטרסוניים גורמים להידרציה גבוהה יותר ולנביטה מהירה יותר בזמן קצר יותר.
נביטת הזרעים הגבוהה ביותר (כ-100%) נרשמה בהספק של 100%. עבור הזרעים שהונעו במשך 5, 10 ו-15 דקות בעוצמה מלאה (הגדרת הספק של 100% של המכשיר), שיעור הנביטה הוגדל מ~93.3% (זרעים ללא סוניקציה) ל-97.2%, 98% ו-99.4%, בהתאמה. ניתן לייחס תוצאות אלה להשפעות מכניות עקב קוויטציה המושרה באולטרסאונד המגבירה את ספיגת המים על ידי דפנות התא. הסוניקציה מגבירה את העברת המסה ומאפשרת חדירת מים דרך דופן התא לתוך פנים התא. קריסת בועות הקוויטציה בסמוך לדפנות התא משבשת את מבנה התא ומאפשרת העברת מסה טובה בשל סילוני הנוזל האולטרסוניים.
השיטה הפחיתה במידה ניכרת את הזמן הדרוש ליזום נביטה של זרעים. שורשי השיער הופיעו מהר יותר בדגימות שטופלו וצמחו בשפע בהשוואה לזרעים הלא סוניים. בעת שימוש בשעורה שטופלה כאמור לעיל, תקופת הנביטה קוצרה ל 4 עד 5 ימים (בהתאם לכוח קולי וזמן החשיפה) מן 7 הימים הרגילים. יתר על כן, זמן הנביטה הממוצע ירד מ 6.66 ימים עבור הגדרת כוח 20% ל 4.04 ימים עבור הגדרת כוח קולי של 100% לאחר זמן עיבוד של 15 דקות. ניתוח הנתונים שהתקבלו מצביע על כך שהיקף הנביטה וזמן הנביטה הממוצע הושפעו באופן משמעותי מהגדרות הכוח העל-קוליות השונות במהלך בדיקת הנביטה. כל הניסויים הביאו לנביטה מוגברת של זרעי השעורה בהשוואה לבקרה הלא-סונית (איור 1). זמן הנביטה הממוצע המרבי נרשם עבור הגדרת ההספק של 20% וזמן הנביטה הממוצע המינימלי נרשם עבור הגדרת ההספק של 100% (איור 2).
קצב נביטה ותשואה גבוהים יותר עם אולטרסאונד
סוניקציה הוכחה גם כמשפרת את נביטת הזרעים של חומוס, חיטה, עגבניה, פלפל, גזר, צנון, תירס, אורז, אבטיח, חמניות ועוד רבים אחרים.
ציוד אולטראסוני
Hielscher Ultrasonics מספק אמין כוח גבוה ultrasonicators לשימוש מעבדה, ספסל העליון ותעשייתי. עבור פריימינג זרעים ו malting בקנה מידה מסחרי, אנו ממליצים לך מערכות קולי תעשייתי שלנו כגון UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) או UIP16000 (16kW). כורים ואביזרים של תאי זרימה מרובים משלימים את מגוון המוצרים שלנו. כל מערכות Hielscher חזקות ביותר ובנויות לפעולה 24/7.
כדי לבדוק ולייעל את הפריימינג והנביטה של זרעים על-קוליים, אנו מציעים לכם את האפשרות לבקר במעבדת התהליך העל-קולי ובמרכז הטכני המאובזר שלנו!
צרו קשר עוד היום! אנו שמחים לדון איתך בתהליך שלך!
UIP1000hdT
אולטרסאונד
- נביטה מואצת
- תשואה גבוהה יותר
צרו קשר!? שאל אותנו!
ספרות/מקורות
- גוסוס, ס 'ג'; סמארה, נ 'ח'; אלקוודה, א' מ'; עות'מאן, מ. א. (2010): שיפור נביטת זרעים של ארבעה מיני יבול באמצעות טכניקה קולית. חקלאות ניסויית, 46/02, 2010. 231-242.
- נילסון, פרידה (2009): מחקר על הרכב חלבון שעורה בתהליך בישול בירה באמצעות SE-HPLC. פרויקט התואר עובד באוניברסיטת קלמר, בית הספר למדעי הטבע הטהורים והיישומיים, שבדיה.
- ילדגרד, מרים; מרתזוי, סייד עלי; טבאטבאי, פארידה (2008): יישום גלים קוליים כטכניקת פריימינג להאצת ושיפור הנביטה של זרעי שעורה: אופטימיזציה של השיטה על ידי גישת טגוצ'י. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- ילדגרד, מרים; מרתזוי, סייד עלי; Tabatabaie, Farideh (2007): יעילות הטיפול באולטרסאונד על גירוי הנביטה של זרעי שעורה ופעילות האלפא-עמילאז שלו. כתב העת הבינלאומי להנדסה ביולוגית, ביומולקולרית, חקלאית, מזון וביוטכנולוגיה 1/10, 2007.
עובדות על שעורה & לתת
תהליך המלטינג
במתן דגן הדגנים נובט והוא כרוך בשלושה שלבים: השרייה, נביטה וכיבוש. במהלך ההשריה מוסיפים מים לגרגרים המפעילים את האנזימים. ההשרייה הקונבנציונלית אורכת 1-2 ימים. לאחר 1-2 ימים גרגרי השעורה הגיעו לתכולת מים של 40-45%. בשלב זה, השעורה מוסרת מהמים התלולים והנביטה מתחילה.
במהלך הנביטה נוצרים או מופעלים מספר אנזימים, אשר בהמשך תהליך המעיכה חיוניים. β-גלוקנים מחולקים על ידי endo-β-1,4-glucanase ו-endo-β-1,3-glucanase. אנדו-β-1,4-גלוקנאז כבר קיים בשעורה, אבל אנדו-β-1,3-גלוקנאז קיים רק במאלט. מכיוון שה-β-גלוקנים יוצרים ג'ל ולכן יכולים להוות בעיות בסינון, תכולה גבוהה של β-גלוקנה ותכולה נמוכה של β-גלוקן רצויות במאלט. תכולת העמילן יורדת ותכולת הסוכר עולה במהלך הנביטה והעמילן מתפרק על ידי α-עמילאז ו-β-עמילאז. אין α-עמילאז נוכח שעורה; הוא מיוצר במהלך נביטה, בעוד β-עמילאז כבר קיים שעורה. חלבונים מתפרקים גם במהלך הנביטה. פפטידאזות מפרקות 35-40% מהחלבונים לחומר מסיס. לאחר 5 עד 6 ימים הנביטה הושלמה ותהליכי החיים שלה מושבתים על ידי קיל. בקיל המים מוסרים על ידי העברת אוויר חם דרך המאלט. זה עוצר את הנביטה ואת השינויים, ובמקום זאת תרכובות צבע וטעם נוצרות על ידי תגובות Maillard.
אנזימים במלטינג & תהליך חליטה
האנזימים החשובים ביותר להידרוליזה של עמילן בשעורה הם האנזימים α-עמילאז ו-β-עמילאז שמזרזים את ההידרוליזה של עמילן לסוכרים. העמילאז מפרק פוליסכרידים, כלומר עמילן, למלטוז. β-עמילאז קיים בצורה לא פעילה לפני הנביטה, ואילו α-עמילאז ופרוטאזות מופיעים לאחר תחילת הנביטה. מאחר ש-α-עמילאז יכול לפעול בכל מקום על המצע, הוא נוטה לפעול מהר יותר מאשר β-עמילאז. β-עמילאז מזרז את ההידרוליזה של הקשר הגליקוזידי השני α-1,4, ומנתק שתי יחידות גלוקוז? מלטוז בבת אחת.
אנזימים אחרים, כגון פרוטאזות, מפרקים את החלבונים בדגן לצורות שיכולות לשמש שמרים. תלוי מתי מפסיקים את תהליך ההמלטה, מקבלים יחס עמילן/אנזים מועדף ומומרים חלקית בעמילן לסוכרים מותססים. לתת מכיל גם כמויות קטנות של סוכרים אחרים, כגון סוכרוז ופרוקטוז, שאינם תוצרים של שינוי עמילן אלא כבר היו בדגן. המרה נוספת לסוכרים מותססים מושגת בתהליך המעיכה.
הידרוליזה עמילן
במהלך ההידרוליזה האנזימטית, אנזימים מזרזים את תהליך הסכריפיקציה, כלומר הפחמימות (עמילן) מתפרקות למולקולות הסוכר המרכיבות אותו. על ידי הידרוליזה, משאב האנרגיה (עמילן) מומר סוכרים אשר נצרכים על ידי הנבט לגידול.
חלבונים בשעורה
שעורה יש תוכן חלבון של 8 עד 15%. חלבוני שעורה תורמים בעיקר לאיכות הלתת והבירה. חלבונים מסיסים חשובים לשימור ויציבות ראש הבירה.
ארבינוקסילנים ו-β-גלוקן בשעורה
ארבינוקסילנים ו-β-גלוקן הם סיבים תזונתיים מסיסים. תמציות לתת יכולות להכיל רמות גבוהות של ארבינוקסילנים, מה שעלול לגרום לקשיים במהלך הסינון, שכן תמציות צמיגות עלולות לדרדר משמעותית את הביצועים של תהליכי החליטה. עבור תהליך החליטה, תכולה גבוהה של β-גלוקן בשעורה עלולה להוביל לפירוק לא מספיק של דפנות התא, אשר בתורו מעכב את הדיפוזיה של אנזימים, נביטה, ואת הניוד של עתודות הגרעינים, ולכן מפחית תמצית מאלט. שאריות β-גלוקן עלולות גם להוביל לוורט צמיג מאוד, מה שיוצר בעיית סינון במבשלה, והוא עשוי להשתתף בהבשלת הבירה ולגרום לאובך צונן. ארבינוקסילנים נמצאים בדפנות התא של שעורה, שיבולת שועל, חיטה, שיפון, תירס, אורז, דורה ודוחן. יכולת המיצוי של ארבינוקסילנים ושל β-גלוקן מוגברת באופן משמעותי על ידי סוניקציה.
נוגדי חמצון בשעורה
שעורה מכילה יותר מ-50 פרואנתוציאנידינים, כולל פלבן אוליגומרי ופולימרי-3-ol, קטכין וגלוקטכין. פרואנתוציאנין B3 דימרי ופרוציאנידין B3 הם הנפוצים ביותר בשעורה.
נוגדי חמצון ידועים ביכולתם לעכב או למנוע תגובות חמצון ותגובות רדיקלים חופשיים של חמצן, מה שהופך אותם לחשובים בתהליך ההמלטה והחליטה. נוגדי חמצון (למשל סולפיטים, פורמלדהיד, אסקורבט) משמשים כתוספים בתהליך חליטת הבירה על מנת לשפר את יציבות טעם הבירה. כ-80% מהתרכובות הפנוליות בבירה מקורן בלתת שעורה.