अल्ट्रासोनिक माल्टिंग और माल्ट अंकुरण
- माल्टिंग एक समय लेने वाली प्रक्रिया है: अनाज के बीजों को भिगोने और उनके जलयोजन में बहुत समय लगता है और परिणाम अधिकतर असमान होते हैं।
- अल्ट्रासोनिकेशन से जौ की अंकुरण गति, दर और उपज में उल्लेखनीय सुधार किया जा सकता है।
माल्ट उत्पादन
माल्ट / माल्ट किए गए अनाज का व्यापक रूप से उपयोग बीयर, व्हिस्की, माल्ट शेक और माल्ट सिरका बनाने के साथ-साथ खाद्य योजक के रूप में भी किया जाता है। माल्टिंग प्रक्रिया के दौरान सूखे अनाज (जैसे जौ) को अंकुरण शुरू करने के लिए पानी में भिगोया जाता है। अंकुरण के दौरान मौजूदा एंज़ाइम मुक्त होते हैं, नए एंज़ाइम बनते हैं, और भ्रूणपोष की कोशिका भित्तियाँ टूटती हैं, जिससे कोशिका की सामग्री मुक्त होती है तथा संचित प्रोटीन का कुछ हिस्सा अमीनो अम्लों में टूट जाता है। अंकुरण की एक निश्चित अवस्था प्राप्त होने पर, सुखाने की प्रक्रिया द्वारा अंकुरण रोक दिया जाता है। अनाज की माल्टिंग से उसके स्टार्च को शर्कराओं में बदलने के लिए आवश्यक एंज़ाइम – अर्थात् α-amylase और β-amylase – विकसित होते हैं। शर्करा के विभिन्न प्रकारों में मोनोसैकेराइड ग्लूकोज़, डाइसैकेराइड माल्टोज़, ट्राइसैकेराइड माल्टोट्रायोज़ और माल्टोडेक्स्ट्रिन कहलाने वाली उच्चतर शर्कराएँ शामिल हैं। अनाज को भिगोने और उसके अंकुरण में काफी समय लगता है, क्योंकि भिगोने में 1–2 दिन और अंकुरण में अतिरिक्त 4–6 दिन लगते हैं। इससे माल्ट उत्पादन में अधिक समय और लागत लगती है।
अंकुरित होता जौ
अल्ट्रासाउंड द्वारा बेहतर माल्टिंग
समाधान: सोनिकेशन
- सोनिकेशन जौ के दानों की अंकुरण क्षमता और गति में सुधार करता है।
अल्ट्रासाउंड के प्रभाव:
- अधिक तेज़ और बेहतर भिगोना
- अधिक तेज़ अंकुरण
- अधिक पूर्ण अंकुरण
- एंज़ाइमों का सक्रियण
- अधिक निष्कर्षण दर
- उच्च गुणवत्ता वाला माल्ट
अल्ट्रासाउंड से उत्पन्न ये प्रभाव बेहतर एंज़ाइमी गतिविधि और बीज पर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा उत्पन्न सूक्ष्म दरारों के कारण होते हैं। जौ का दाना कम समय में अधिक पानी अवशोषित कर सकता है, जिससे बीजों के जलयोजन में उल्लेखनीय सुधार होता है। अच्छी माल्टिंग गुणवत्ता के लिए तेज़ जलयोजन और एकसमान अंकुरण महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि बिना अंकुरित बीजों को जीवाणुओं और कवकों से नुकसान होने की आशंका रहती है।
माल्टिंग एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई एंज़ाइम शामिल होते हैं; इनमें प्रमुख हैं α-amylase, β-amylase, α-glucosidase और लिमिट डेक्स्ट्रिन। माल्टिंग के दौरान जौ में अपूर्ण प्राकृतिक अंकुरण होता है, जिसमें एंज़ाइमों द्वारा जौ के दाने के भ्रूणपोष के अपघटन की कई क्रियाएँ होती हैं। इस एंज़ाइमी अपघटन के परिणामस्वरूप भ्रूणपोष की कोशिका भित्तियाँ विघटित होती हैं और स्टार्च के कण भ्रूणपोष के उस मैट्रिक्स से मुक्त हो जाते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। अल्ट्रासाउंड एंज़ाइमों को सक्रिय करता है और अंतःकोशिकीय पदार्थों, जैसे स्टार्च और प्रोटीन, की निष्कर्षण दर में सुधार करता है। तनु पॉलीसैकेराइड विलयनों में एराबिनोज़ाइलान के अणु वृहदाण्विक समुच्चय बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन पॉलीसैकेराइडों के समुच्चयों को प्रभावी ढंग से कम करने में मदद करता है। पॉलीसैकेराइड स्टार्च के अपघटन से किण्वनीय कार्बोहाइड्रेट बनते हैं। बीयर निर्माण के किण्वन चरण में ऐसे कार्बोहाइड्रेट अल्कोहल में परिवर्तित हो जाते हैं।
माल्टिंग के दौरान जैवरासायनिक प्रक्रियाओं पर अल्ट्रासाउंड के इन सभी प्रभावों के परिणामस्वरूप अंकुरण का समय कम होता है और अंकुरण दर / उपज बढ़ती है। अंकुरण अवधि कम होने के परिणामस्वरूप उल्लेखनीय व्यावसायिक लाभ माल्टिंग और बीयर निर्माण उद्योग को मिलते हैं।
Yaldagard et al. (2008) ने दिखाया है कि अल्ट्रासाउंड में “अंकुरण अवधि कम करने और कुल अंकुरण का प्रतिशत बढ़ाने के लिए बीजों के उपचार की एक विधि के रूप में माल्टिंग प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने की क्षमता है।”
सोनिकेशन द्वारा अधिक तेज़ अंकुरण
जौ के बीजों की पराश्रव्य प्राइमिंग की कार्यविधि
जौ के बीज Hordeum vulgare (9% नमी की मात्रा; कटाई के बाद 3 महीने तक कमरे के तापमान पर भंडारित)
सोनोट्रोड S3 (रेडियल आकार, 3mm व्यास, अधिकतम डुबोने की गहराई 90mm) से सुसज्जित अल्ट्रासोनिक उपकरण UP200H (200W, 24kHz)
प्रोटोकॉल:
हॉर्न के सिरे को पानी और जौ के बीजों से बने प्रक्रिया घोल में लगभग 9 mm तक डुबोया गया। सभी प्रयोग 80 mL नल के पानी में परिक्षेपित नमूनों (10 g जौ के बीज) पर 20, 60, और 100% शक्ति इनपुट पर प्रत्यक्ष सोनिकेशन (प्रोब प्रणाली) के साथ किए गए, जिसमें अतिरिक्त रूप से हिलाना या झकझोरना भी शामिल था। अल्ट्रासोनिक तरंगों का समान वितरण सुनिश्चित करने के लिए स्थायी तरंगों या ठोस पदार्थ से रहित क्षेत्रों के निर्माण से बचने हेतु ऐसा किया गया। मुक्त मूलकों का निर्माण कम करने के लिए कार्य चक्र नियंत्रण का उपयोग करते हुए अल्ट्रासोनिक उपकरण को स्पंदन मोड पर सेट किया गया। सभी प्रयोगों के लिए चक्र 50% पर सेट किया गया। घोल को 30°C के स्थिर तापमान पर 5, 10, और 15 min तक प्रसंस्कृत किया गया। [Yaldagard et al. 2008]
परिणाम:
अल्ट्रासोनिक उपचारों से कम समय में अधिक जलयोजन और तेज़ अंकुरण होता है।
सर्वाधिक बीज अंकुरण (लगभग 100%) 100% शक्ति सेटिंग पर दर्ज किया गया। पूर्ण शक्ति (उपकरण की 100% शक्ति सेटिंग) पर 5, 10, और 15 min तक सोनिकेशन किए गए बीजों के लिए अंकुरण दर ~93.3% (बिना सोनिकेशन वाले बीज) से बढ़कर क्रमशः 97.2%, 98% और 99.4% हो गई। इन परिणामों का कारण अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित कैविटेशन के यांत्रिक प्रभाव हो सकते हैं, जो कोशिका भित्तियों द्वारा जल अवशोषण बढ़ाते हैं। सोनिकेशन द्रव्यमान स्थानांतरण बढ़ाता है और कोशिका भित्ति के माध्यम से कोशिका के भीतर पानी के प्रवेश को सुगम बनाता है। कोशिका भित्तियों के निकट कैविटेशन बुलबुलों का ढहना कोशिका संरचना को विघटित करता है और अल्ट्रासोनिक द्रव जेटों के कारण अच्छा द्रव्यमान स्थानांतरण संभव बनाता है।
इस विधि ने बीजों का अंकुरण शुरू होने में लगने वाला समय काफ़ी कम कर दिया। उपचारित नमूनों में बाल जैसी महीन जड़ें अधिक तेज़ी से दिखाई दीं और बिना सोनिकेशन वाले बीजों की तुलना में अधिक प्रचुरता से बढ़ीं। ऊपर बताए अनुसार उपचारित जौ का उपयोग करने पर अंकुरण अवधि सामान्य 7 दिनों से घटकर 4 से 5 दिन हो गई (अल्ट्रासोनिक शक्ति और उपचार के संपर्क समय के आधार पर)। इसके अलावा, 15 min के प्रसंस्करण समय के बाद औसत अंकुरण समय 20% शक्ति सेटिंग पर 6.66 दिनों से घटकर 100% अल्ट्रासोनिक शक्ति सेटिंग पर 4.04 दिन हो गया। प्राप्त आँकड़ों का विश्लेषण दर्शाता है कि अंकुरण परीक्षण के दौरान विभिन्न अल्ट्रासोनिक शक्ति सेटिंगों ने अंकुरण की मात्रा और औसत अंकुरण समय को उल्लेखनीय रूप से प्रभावित किया। सभी प्रयोगों में बिना सोनिकेशन वाले नियंत्रण नमूने की तुलना में जौ के बीजों का अंकुरण बढ़ा (चित्र 1)। अधिकतम औसत अंकुरण समय 20% शक्ति सेटिंग पर और न्यूनतम औसत अंकुरण समय 100% शक्ति सेटिंग पर दर्ज किया गया (चित्र 2)।
अल्ट्रासोनिक्स से अधिक अंकुरण दर और उपज
सोनिकेशन से चना, गेहूँ, टमाटर, मिर्च, गाजर, मूली, मक्का, चावल, तरबूज, सूरजमुखी और कई अन्य पौधों के बीजों का अंकुरण बढ़ना भी सिद्ध हुआ है।
अल्ट्रासोनिक उपकरण
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, बेंच-टॉप और औद्योगिक उपयोग के लिए विश्वसनीय उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेटर प्रदान करता है। व्यावसायिक पैमाने पर बीज प्राइमिंग और माल्टिंग के लिए हम अपनी औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रणालियों जैसे UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) या UIP16000 (16kW) की अनुशंसा करते हैं। विविध प्रवाह सेल रिएक्टर और सहायक उपकरण हमारी उत्पाद शृंखला को पूरा करते हैं। सभी Hielscher प्रणालियाँ अत्यंत मज़बूत हैं और 24/7 संचालन के लिए बनाई गई हैं।
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साहित्य/संदर्भ
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग करके चार फसल प्रजातियों के बीजों का अंकुरण बढ़ाना। Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): SE-HPLC का उपयोग करके बीयर निर्माण प्रक्रिया के दौरान जौ की प्रोटीन संरचना का अध्ययन। कालमार विश्वविद्यालय, शुद्ध एवं अनुप्रयुक्त प्राकृतिक विज्ञान विद्यालय, स्वीडन में डिग्री परियोजना कार्य।
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): जौ के बीजों के अंकुरण में तेजी लाने और उसे बढ़ाने के लिए प्राइमिंग तकनीक के रूप में अल्ट्रासोनिक तरंगों का अनुप्रयोग: तागुची पद्धति द्वारा विधि का अनुकूलन। J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): जौ के बीजों के अंकुरण को उत्तेजित करने और उनकी Alpha-Amylase गतिविधि पर अल्ट्रासाउंड उपचार की प्रभावशीलता. इंटरनेशनल जर्नल ऑफ बायोलॉजिकल, बायोमोलेकुलर, एग्रीकल्चरल, फूड एंड बायोटेक्नोलॉजिकल इंजीनियरिंग 1/10, 2007।
जौ और माल्ट के बारे में तथ्य
माल्ट बनाने की प्रक्रिया
माल्ट बनाने की प्रक्रिया में अनाज के दानों का अंकुरण होता है और इसमें तीन चरण शामिल हैं: भिगोना, अंकुरण और भट्ठी में सुखाना। भिगोने के दौरान दानों में पानी मिलाया जाता है, जिससे एंजाइम सक्रिय होते हैं। पारंपरिक रूप से भिगोने में 1–2 दिन लगते हैं। 1–2 दिनों के बाद जौ के दानों में जल की मात्रा 40–45% तक पहुँच जाती है। इस बिंदु पर जौ को भिगोने के पानी से निकाल लिया जाता है और अंकुरण शुरू होता है।
अंकुरण के दौरान कई एंजाइम बनते हैं या सक्रिय होते हैं, जो बाद में मैश बनाने की प्रक्रिया में आवश्यक होते हैं। β-glucans का विघटन endo-β-1,4-glucanase और endo-β-1,3-glucanase द्वारा होता है। Endo-β-1,4-glucanase जौ में पहले से मौजूद होता है, लेकिन endo-β-1,3-glucanase केवल माल्ट में मौजूद होता है। चूँकि β-glucans जेल बनाते हैं और इस कारण निस्यंदन में समस्याएँ उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए माल्ट में β-glucanase की अधिक मात्रा और β-glucan की कम मात्रा वांछनीय होती है। अंकुरण के दौरान स्टार्च की मात्रा घटती है और शर्करा की मात्रा बढ़ती है तथा α-amylase और β-amylase द्वारा स्टार्च का विघटन होता है। जौ में α-amylase मौजूद नहीं होता; यह अंकुरण के दौरान बनता है, जबकि β-amylase जौ में पहले से मौजूद होता है। अंकुरण के दौरान प्रोटीन का भी विघटन होता है। पेप्टिडेज़ 35 – 40 % प्रोटीन का विघटन करके उन्हें घुलनशील पदार्थ में बदल देते हैं। 5 से 6 दिनों के बाद अंकुरण पूरा हो जाता है और भट्ठी में सुखाकर इसकी जीवन प्रक्रियाएँ निष्क्रिय कर दी जाती हैं। भट्ठी में सुखाने के दौरान माल्ट में से गर्म हवा प्रवाहित करके पानी हटाया जाता है। इससे अंकुरण और रूपांतरण रुक जाते हैं और इसके बजाय माइलार्ड अभिक्रियाओं द्वारा रंग और स्वाद के यौगिक बनते हैं।
माल्ट और बीयर बनाने की प्रक्रिया में एंजाइम
जौ में स्टार्च के जल-अपघटन के लिए सबसे महत्वपूर्ण एंजाइम α-amylase और β-amylase हैं, जो स्टार्च के शर्कराओं में जल-अपघटन को उत्प्रेरित करते हैं। एमाइलेज पॉलीसैकराइड, अर्थात स्टार्च, का विघटन करके उसे माल्टोज़ में बदलता है। अंकुरण से पहले β-amylase निष्क्रिय रूप में मौजूद होता है, जबकि अंकुरण शुरू होने के बाद α-amylase और प्रोटीएज़ प्रकट होते हैं। चूँकि α-amylase सब्सट्रेट पर किसी भी स्थान पर क्रिया कर सकता है, इसलिए यह सामान्यतः β-amylase की तुलना में अधिक तेजी से क्रिया करता है। β-amylase दूसरे α-1,4 ग्लाइकोसिडिक बंध के जल-अपघटन को उत्प्रेरित करता है और एक साथ दो ग्लूकोज़ इकाइयों / माल्टोज़ को अलग कर देता है।
अन्य एंजाइम, जैसे प्रोटीएज़, दाने में मौजूद प्रोटीन का विघटन करके उन्हें ऐसे रूपों में बदलते हैं जिनका उपयोग यीस्ट कर सकता है। माल्ट बनाने की प्रक्रिया कब रोकी जाती है, इसके आधार पर वांछित स्टार्च / एंजाइम अनुपात और किण्वनीय शर्कराओं में आंशिक रूप से परिवर्तित स्टार्च प्राप्त होता है। माल्ट में सुक्रोज़ और फ्रक्टोज़ जैसी अन्य शर्कराएँ भी थोड़ी मात्रा में होती हैं, जो स्टार्च के रूपांतरण के उत्पाद नहीं हैं, बल्कि दाने में पहले से मौजूद थीं। मैश बनाने की प्रक्रिया के दौरान किण्वनीय शर्कराओं में और अधिक परिवर्तन होता है।
स्टार्च का जल-अपघटन
एंजाइमी जल-अपघटन के दौरान एंजाइम शर्करीकरण प्रक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, अर्थात कार्बोहाइड्रेट (स्टार्च) का विघटन होकर उसके घटक शर्करा अणु बनते हैं। जल-अपघटन द्वारा ऊर्जा स्रोत (स्टार्च) शर्कराओं में परिवर्तित होता है, जिनका उपयोग अंकुर वृद्धि के लिए करता है।
जौ में प्रोटीन
जौ में प्रोटीन की मात्रा 8 से 15% होती है। जौ के प्रोटीन माल्ट और बीयर की गुणवत्ता में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। घुलनशील प्रोटीन बीयर के झाग के टिके रहने और उसकी स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण हैं।
जौ में एराबिनोज़ाइलान और β-glucan
अरैबिनॉक्सिलैन और β-ग्लूकैन घुलनशील आहारीय रेशे हैं। माल्ट के अर्क में अरैबिनॉक्सिलैन का स्तर अधिक हो सकता है, जिससे निस्यंदन के दौरान कठिनाइयाँ हो सकती हैं, क्योंकि श्यान अर्क बीयर बनाने की प्रक्रियाओं के प्रदर्शन को काफी खराब कर सकते हैं। बीयर बनाने की प्रक्रिया में, जौ में β-ग्लूकैन की अधिक मात्रा से कोशिका भित्तियों का अपर्याप्त विघटन हो सकता है, जो एंज़ाइमों के विसरण, अंकुरण और दाने के भंडारित पदार्थों के संचलन में बाधा डालता है और इस प्रकार माल्ट अर्क की मात्रा को कम करता है। अवशिष्ट β-ग्लूकैन से अत्यधिक श्यान वॉर्ट भी बन सकता है, जिससे ब्रूअरी में निस्यंदन की समस्या उत्पन्न होती है, और यह बीयर के परिपक्वन में भी भाग ले सकता है, जिससे ठंडा करने पर धुंधलापन पैदा होता है। अरैबिनॉक्सिलैन जौ, जई, गेहूँ, राई, मक्का, चावल, ज्वार और बाजरे की कोशिका भित्तियों में पाए जाते हैं। सोनिकेशन से अरैबिनॉक्सिलैन और β-ग्लूकैन, दोनों की निष्कर्षणीयता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
जौ में एंटीऑक्सिडेंट
जौ में 50 से अधिक प्रोएंथोसायनिडिन होते हैं, जिनमें अल्पबहुलकीय और बहुलकीय flavan-3-ol, कैटेचिन और गैलोकैटेचिन शामिल हैं। द्वितयी proanthocyanin B3 और procyanidin B3 जौ में सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाते हैं।
एंटीऑक्सिडेंट ऑक्सीकरण अभिक्रियाओं और ऑक्सीजन मुक्त मूलकों की अभिक्रियाओं को धीमा करने या रोकने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं, जिससे वे माल्ट और बीयर बनाने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण होते हैं। बीयर के स्वाद की स्थिरता को बेहतर बनाने के लिए बीयर बनाने की प्रक्रिया में एंटीऑक्सिडेंट (जैसे सल्फाइट, फ़ॉर्मैल्डिहाइड, एस्कॉर्बेट) का उपयोग योजकों के रूप में किया जाता है। बीयर में लगभग 80% फ़ीनॉलिक यौगिक जौ के माल्ट से प्राप्त होते हैं।