Pembuatan Malt dan Perkecambahan Malt dengan Ultrasonik
- Pembuatan malt merupakan proses yang memakan waktu: perendaman dan hidrasi biji serealia membutuhkan banyak waktu dan umumnya memberikan hasil yang tidak merata.
- Dengan ultrasonikasi, kecepatan, tingkat, dan hasil perkecambahan barli dapat ditingkatkan secara signifikan.
Produksi Malt
Malt / biji serealia yang telah dijadikan malt banyak digunakan untuk membuat bir, wiski, minuman kocok malt, cuka malt, serta sebagai bahan tambahan pangan. Selama proses pembuatan malt, biji serealia kering (misalnya barli) direndam dalam air untuk memulai perkecambahan. Selama perkecambahan, enzim yang sudah ada dilepaskan, enzim baru diproduksi, dan dinding sel endosperma dipecah untuk melepaskan isi selnya serta menguraikan sebagian protein cadangan menjadi asam amino. Ketika tingkat perkecambahan tertentu telah tercapai, proses perkecambahan dihentikan melalui proses pengeringan. Dengan menjadikan biji serealia sebagai malt, enzim – yaitu α-amilase dan β-amilase – yang diperlukan untuk mengubah pati biji menjadi gula akan terbentuk. Berbagai jenis gula tersebut mencakup monosakarida glukosa, disakarida maltosa, trisakarida maltotriosa, dan gula berderajat polimerisasi lebih tinggi yang disebut maltodekstrin. Perendaman dan perkecambahan biji cukup memakan waktu, mengingat perendaman membutuhkan 1–2 hari dan perkecambahan membutuhkan tambahan 4–6 hari. Hal ini membuat produksi malt memakan waktu dan mahal.
Barli yang sedang berkecambah
Pembuatan Malt yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik
Solusinya: Sonikasi
- Sonikasi meningkatkan daya dan kecepatan perkecambahan biji barli.
Efek Ultrasonik:
- Perendaman Lebih Cepat dan Lebih Baik
- Perkecambahan Lebih Cepat
- Perkecambahan Lebih Menyeluruh
- Aktivasi Enzim
- Laju Ekstraksi Lebih Tinggi
- Malt Berkualitas Tinggi
Efek yang dipicu oleh ultrasonik ini disebabkan oleh peningkatan aktivitas enzimatik dan retakan mikro yang diinduksi oleh kavitasi ultrasonik pada biji. Biji barli dapat menyerap lebih banyak air dalam waktu yang lebih singkat, sehingga menghasilkan peningkatan hidrasi biji yang signifikan. Hidrasi yang cepat dan perkecambahan yang merata penting untuk menghasilkan malt berkualitas baik karena biji yang tidak berkecambah rentan terhadap kerusakan akibat bakteri dan jamur.
Pembuatan malt merupakan proses kompleks yang melibatkan banyak enzim; yang penting di antaranya adalah α-amilase, β-amilase, α-glukosidase, dan dekstrin batas. Selama pembuatan malt, barli mengalami proses perkecambahan alami yang tidak tuntas, yang melibatkan serangkaian penguraian endosperma biji barli oleh enzim. Akibat penguraian oleh enzim ini, dinding sel endosperma terurai dan granula pati dilepaskan dari matriks endosperma tempat granula tersebut tertanam. Ultrasonik mengaktifkan enzim dan meningkatkan laju ekstraksi bahan intraseluler, misalnya pati dan protein. Molekul arabinoksilan cenderung membentuk agregat makromolekuler dalam larutan polisakarida encer. Ultrasonikasi membantu mengurangi agregat polisakarida secara efektif. Penguraian polisakarida pati menghasilkan karbohidrat yang dapat difermentasi. Karbohidrat tersebut diubah menjadi alkohol pada tahap fermentasi dalam pembuatan bir.
Semua efek ultrasonik terhadap proses biokimia selama pembuatan malt ini menghasilkan waktu perkecambahan yang lebih singkat dan tingkat / hasil perkecambahan yang lebih tinggi. Pemendekan periode perkecambahan memberikan manfaat komersial yang signifikan bagi industri pembuatan malt dan bir.
Yaldagard et al. (2008) telah menunjukkan bahwa ultrasonik “berpotensi digunakan dalam proses pembuatan malt sebagai metode perlakuan biji untuk memperpendek periode perkecambahan dan meningkatkan persentase perkecambahan total.”
Perkecambahan lebih cepat dengan sonikasi
Protokol pengondisian benih jelai dengan ultrasonik
Biji barli Hordeum vulgare (kadar air 9%; disimpan pada suhu ruang selama 3 bulan setelah panen)
Perangkat ultrasonik UP200H (200W, 24kHz) dilengkapi dengan sonotrode S3 (bentuk radial, diameter 3mm, kedalaman pencelupan maks. 90mm)
Protokol:
Ujung horn dicelupkan sekitar 9 mm ke dalam larutan proses yang terdiri atas air dan biji barli. Semua percobaan dilakukan pada sampel (10 g biji barli) yang didispersikan dalam 80 mL air keran dengan sonikasi langsung (sistem probe) pada masukan daya 20, 60, dan 100%, disertai pengadukan atau pengocokan tambahan. Hal ini dilakukan untuk menghindari gelombang berdiri atau terbentuknya daerah tanpa padatan agar gelombang ultrasonik terdistribusi secara merata. Perangkat ultrasonik diatur ke mode pulsa, menggunakan kontrol siklus kerja, untuk mengurangi pembentukan radikal bebas. Siklus diatur pada 50% untuk semua percobaan. Larutan diproses pada suhu konstan 30°C selama 5, 10, dan 15 min. [Yaldagard et al. 2008]
Hasil:
Perlakuan ultrasonik menghasilkan hidrasi yang lebih tinggi dan perkecambahan yang lebih cepat dalam waktu yang lebih singkat.
Perkecambahan biji tertinggi (sekitar 100%) tercatat pada pengaturan daya 100%. Untuk biji yang disonikasi selama 5, 10, dan 15 min pada daya penuh (pengaturan daya perangkat 100%), tingkat perkecambahan meningkat dari ~93,3% (biji yang tidak disonikasi) menjadi masing-masing 97,2%, 98%, dan 99,4%. Hasil ini dapat dikaitkan dengan efek mekanis akibat kavitasi yang diinduksi oleh ultrasonik, yang meningkatkan penyerapan air oleh dinding sel. Sonikasi meningkatkan perpindahan massa dan mempermudah penetrasi air melalui dinding sel ke bagian dalam sel. Runtuhnya gelembung kavitasi di dekat dinding sel mendisrupsi struktur sel dan memungkinkan perpindahan massa yang baik akibat semburan cairan ultrasonik.
Metode ini secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk memulai perkecambahan biji. Rambut akar muncul lebih cepat pada sampel yang diberi perlakuan dan tumbuh lebih banyak dibandingkan pada biji yang tidak disonikasi. Ketika menggunakan barli yang diberi perlakuan seperti di atas, periode perkecambahan dipersingkat menjadi 4 hingga 5 hari (bergantung pada daya ultrasonik dan waktu paparan) dari biasanya 7 hari. Selain itu, waktu perkecambahan rata-rata menurun dari 6,66 hari untuk pengaturan daya 20% menjadi 4,04 hari untuk pengaturan daya ultrasonik 100% setelah waktu pemrosesan 15 min. Analisis data yang dihasilkan menunjukkan bahwa tingkat perkecambahan dan waktu perkecambahan rata-rata dipengaruhi secara signifikan oleh berbagai pengaturan daya ultrasonik selama uji perkecambahan. Semua percobaan menghasilkan peningkatan perkecambahan biji barli dibandingkan dengan kontrol yang tidak disonikasi (Gbr. 1). Waktu perkecambahan rata-rata maksimum tercatat pada pengaturan daya 20% dan waktu perkecambahan rata-rata minimum tercatat pada pengaturan daya 100% (Gbr. 2).
Tingkat dan hasil perkecambahan lebih tinggi dengan ultrasonik
Sonikasi juga terbukti meningkatkan perkecambahan biji kacang arab, gandum, tomat, cabai, wortel, lobak, jagung, padi, semangka, bunga matahari, dan banyak lainnya.
Peralatan Ultrasonik
Hielscher Ultrasonics menyediakan sonikator berdaya tinggi yang andal untuk penggunaan laboratorium, skala meja, dan industri. Untuk priming biji dan pembuatan malt pada skala komersial, kami merekomendasikan sistem ultrasonik industri kami seperti UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) atau UIP16000 (16kW). Beragam reaktor sel alir dan aksesori melengkapi rangkaian produk kami. Semua sistem Hielscher sangat tangguh dan dibuat untuk pengoperasian 24/7.
Untuk menguji dan mengoptimalkan priming serta perkecambahan biji dengan ultrasonik, kami menawarkan kesempatan kepada Anda untuk mengunjungi laboratorium proses ultrasonik dan pusat teknis kami yang berperalatan lengkap!
Hubungi kami hari ini! Kami dengan senang hati akan mendiskusikan proses Anda bersama Anda!
UIP1000hdT
Ultrasonik
- Perkecambahan yang dipercepat
- Hasil lebih tinggi
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Literatur/referensi
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Peningkatan perkecambahan biji empat spesies tanaman budidaya menggunakan teknik ultrasonik. Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231–242.
- Nilsson, Frida (2009): Studi Komposisi Protein Barli selama Proses Pembuatan Bir menggunakan SE-HPLC. Karya tugas akhir di University of Kalmar, School of Pure and Applied Natural Sciences, Swedia.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Penerapan Gelombang Ultrasonik sebagai Teknik Priming untuk Mempercepat dan Meningkatkan Perkecambahan Biji Barli: Optimasi Metode dengan Pendekatan Taguchi. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14–21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Efektivitas Perlakuan Ultrasonik terhadap Stimulasi Perkecambahan Biji Barli dan Aktivitas Alfa-Amilasenya. Jurnal Internasional Teknik Biologi, Biomolekuler, Pertanian, Pangan dan Bioteknologi 1/10, 2007.
Fakta tentang Barli & Malt
Proses Pembuatan Malt
Dalam pembuatan malt, biji serealia dikecambahkan melalui tiga tahap: perendaman, perkecambahan, dan pengeringan dalam tanur. Selama perendaman, air ditambahkan ke biji untuk mengaktifkan enzim. Perendaman konvensional membutuhkan 1–2 hari. Setelah 1–2 hari, biji barli telah mencapai kadar air 40–45%. Pada tahap ini, barli dikeluarkan dari air rendaman dan perkecambahan dimulai.
Selama perkecambahan, beberapa enzim terbentuk atau diaktifkan, yang nantinya berperan penting dalam proses pengempaan malt dalam air (mashing). β-glukan diuraikan oleh endo-β-1,4-glukanase dan endo-β-1,3-glukanase. Endo-β-1,4-glukanase sudah terdapat dalam barli, tetapi endo-β-1,3-glukanase hanya terdapat dalam malt. Karena β-glukan membentuk gel dan karenanya dapat menyebabkan masalah filtrasi, kandungan β-glukanase yang tinggi dan kandungan β-glukan yang rendah diinginkan dalam malt. Kandungan pati menurun dan kandungan gula meningkat selama perkecambahan, dan pati diuraikan oleh α-amilase dan β-amilase. Barli tidak mengandung α-amilase; enzim ini diproduksi selama perkecambahan, sedangkan β-amilase sudah terdapat dalam barli. Protein juga diuraikan selama perkecambahan. Peptidase menguraikan 35 – 40 % protein menjadi bahan terlarut. Setelah 5 hingga 6 hari, perkecambahan selesai dan proses kehidupannya dinonaktifkan melalui pengeringan dalam tanur. Dalam pengeringan tanur, air dihilangkan dengan mengalirkan udara panas melalui malt. Hal ini menghentikan perkecambahan dan modifikasi, sementara senyawa warna dan cita rasa terbentuk melalui reaksi Maillard.
Enzim dalam Proses Pembuatan Malt & Bir
Enzim terpenting untuk hidrolisis pati dalam barli adalah enzim α-amilase dan β-amilase yang mengatalisis hidrolisis pati menjadi gula. Amilase menguraikan polisakarida, yaitu pati, menjadi maltosa. β-amilase terdapat dalam bentuk tidak aktif sebelum perkecambahan, sedangkan α-amilase dan protease muncul setelah perkecambahan dimulai. Karena α-amilase dapat bekerja di bagian mana pun pada substrat, enzim ini cenderung bekerja lebih cepat daripada β-amilase. β-amilase mengatalisis hidrolisis ikatan glikosidik α-1,4 kedua, dengan memutus dua unit glukosa / maltosa sekaligus.
Enzim lain, seperti protease, menguraikan protein dalam biji menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh ragi. Bergantung pada kapan proses pembuatan malt dihentikan, diperoleh rasio pati / enzim yang diinginkan dan pati yang sebagian telah diubah menjadi gula yang dapat difermentasi. Malt juga mengandung sejumlah kecil gula lain, seperti sukrosa dan fruktosa, yang bukan merupakan produk modifikasi pati, melainkan sudah terdapat dalam biji. Konversi lebih lanjut menjadi gula yang dapat difermentasi berlangsung selama proses mashing.
Hidrolisis Pati
Selama hidrolisis enzimatik, enzim mengatalisis proses sakarifikasi, yang berarti karbohidrat (pati) dipecah menjadi molekul gula penyusunnya. Melalui hidrolisis, sumber energi (pati) diubah menjadi gula yang dikonsumsi oleh kecambah untuk tumbuh.
Protein dalam Barli
Barli memiliki kandungan protein 8 hingga 15%. Protein barli memberikan kontribusi penting terhadap kualitas malt dan bir. Protein terlarut penting untuk mempertahankan dan menstabilkan busa bir.
Arabinoksilan dan β-glukan dalam Barli
Arabinoksilan dan β-glukan merupakan serat pangan larut. Ekstrak malt dapat mengandung arabinoksilan dalam kadar tinggi yang dapat menyulitkan filtrasi karena ekstrak yang kental dapat secara signifikan menurunkan kinerja proses pembuatan bir. Dalam proses pembuatan bir, kandungan β-glukan yang tinggi dalam barli dapat menyebabkan penguraian dinding sel yang tidak memadai, yang pada gilirannya menghambat difusi enzim, perkecambahan, dan mobilisasi cadangan biji, sehingga mengurangi ekstrak malt. Sisa β-glukan juga dapat menghasilkan wort yang sangat kental, sehingga menimbulkan masalah filtrasi di pabrik bir, dan dapat turut berperan selama pematangan bir, menyebabkan kekeruhan akibat pendinginan. Arabinoksilan ditemukan dalam dinding sel barli, oat, gandum, gandum hitam, jagung, padi, sorgum, dan milet. Kemampuan ekstraksi arabinoksilan maupun β-glukan meningkat secara signifikan melalui sonikasi.
Antioksidan dalam Barli
Barli mengandung lebih dari 50 proantosianidin termasuk flavan-3-ol oligomerik dan polimerik, katekin, dan galokatekin. Proantosianin B3 dimerik dan prosianidin B3 merupakan senyawa yang paling melimpah dalam barli.
Antioksidan dikenal karena kemampuannya untuk menunda atau mencegah reaksi oksidasi dan reaksi radikal bebas oksigen, sehingga berperan penting dalam proses pembuatan malt dan bir. Antioksidan (misalnya sulfit, formaldehida, askorbat) digunakan sebagai bahan tambahan dalam proses pembuatan bir untuk meningkatkan stabilitas cita rasa bir. Sekitar 80% senyawa fenolik dalam bir berasal dari malt barli.