Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Malto ad ultrasuoni e germinazione del malto

 

  • Il malto è un processo che richiede molto tempo: l'ammollo e l'idratazione dei semi di grano richiede molto tempo e raggiunge risultati per lo più disomogenei.
  • Grazie all'ultrasuoni, la velocità di germinazione, il tasso e la resa dell'orzo possono essere notevolmente migliorati.

 

 

Produzione di malto

Malto / grano malto è ampiamente usato per fare birra, whisky, frullati di malto, aceto di malto, così come additivo alimentare. Durante il processo di maltaggio i chicchi essiccati (ad es. orzo) vengono immersi in acqua per iniziare la germinazione. Durante la germinazione vengono rilasciati enzimi esistenti, vengono prodotti nuovi enzimi e le pareti cellulari dell'endosperma vengono rotte per rilasciare il loro contenuto cellulare e per scomporre una parte delle proteine immagazzinate in aminoacidi. Quando è stato raggiunto un certo grado di germinazione, il processo di germinazione viene arrestato da un processo di essiccazione. Con i chicchi di malto, gli enzimi – vale a dire α-amilasi e β-amilasi – necessario per modificare gli amidi dei cereali in zuccheri. I vari tipi di zucchero includono il glucosio monosaccaride, il maltosio disaccaride, il trisaccaride maltotriosio, e zuccheri superiori chiamati maltodestrine. La macerazione e la germinazione del grano richiede molto tempo, considerando che la macerazione dura 1-2 giorni e la germinazione richiede ulteriori 4-6 giorni. Questo rende la produzione del malto lunga e costosa.

L'sonicazione migliora la capacità germinativa

Orzo da germinazione

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Maltotecnica migliorata ad ultrasuoni

La soluzione: Sonicazione

  • L'sonicazione migliora la capacità di germinazione e la velocità dei chicchi d'orzo.

Gli effetti degli ultrasuoni:

  • Ammollo più veloce e migliore
  • Germinazione più veloce
  • Germinazione più completa
  • Attivazione degli enzimi
  • Tasso di estrazione più alto
  • Malto di alta qualità

Questi effetti iniziati ad ultrasuoni sono causati da una migliore attività enzimatica e micro fessure indotte da Cavitazione ad ultrasuoni sul seme. Il chicco d'orzo è in grado di assorbire più acqua in un periodo di tempo più breve, portando ad una significativa riduzione dei consumi idrici. migliore idratazione dei semi. Una rapida idratazione e una germinazione uniforme sono importanti per una buona qualità di malto, poiché i semi non germinati sono soggetti a danni batterici e fungini.
Il malto è un processo complesso che coinvolge molti enzimi; quelli importanti sono α-amilasi, β-amilasi, α-glucosidasi e destrina limite. Durante il malto, l'orzo subisce un processo di germinazione naturale incompleto che comporta una serie di degradazioni enzimatiche dell'endosperma del nocciolo d'orzo. Come risultato di questa degradazione enzimatica, le pareti cellulari dell'endosperma si degradano e i granuli di amido vengono rilasciati dalla matrice dell'endosperma in cui sono incorporati. Gli ultrasuoni attivano gli enzimi e migliorano la velocità di estrazione del materiale intracellulare, ad esempio amido, proteine. Le molecole di Arabinoxylan tendono a formare aggregati macromolecolari nelle soluzioni diluite di polisaccaridi. L'ecografia aiuta a ridurre efficacemente gli aggregati di polisaccaridi. Dalla degradazione dell'amido polisaccaride si producono carboidrati fermentabili. Tali carboidrati vengono convertiti in alcool nella fase di fermentazione della produzione della birra.

Tutti questi effetti ultrasonici sui processi biochimici durante il malto si traducono in un tempo di germinazione più breve e una tasso di germinazione / rendimento più elevato. Accorciare il periodo di germinazione si traduce in una significativa benefici commerciali per l'industria del malto e della birra.

Yaldagard et al. (2008) ha dimostrato che gli ultrasonics “ha il potenziale per essere utilizzato nei processi di malto come metodo di trattamento dei semi per ridurre il periodo di germinazione e migliorare la percentuale di germinazione totale.”

Yaldagard et al. 2008 hanno studiato la germinazione ultrasonicamente migliorata dei semi d'orzo.

Germinazione più veloce per sonicazione

Protocollo di adescamento ultrasonico dei semi d'orzo

Materiale:
Semi d'orzo Hordeum vulgare (9% di umidità; conservato a temperatura ambiente per 3 mesi dopo la raccolta)
Dispositivo ad ultrasuoni UP200H (200W, 24kHz) dotato di sonotrodo S3 (forma radiale, diametro 3mm, profondità di immersione max. 90mm)

Protocollo:
La punta del corno è stata immersa per circa 9 mm nella soluzione di processo composta da acqua e semi d'orzo. Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti su campioni (10 g di semi d'orzo) dispersi in 80 ml di acqua di rubinetto con sonicazione diretta (sistema a sonda) ad una potenza di ingresso di 20, 60 e 100%, con ulteriore agitazione o agitazione. Questo è stato utilizzato per evitare le onde stazionarie o la formazione di solide regioni libere per una distribuzione uniforme delle onde ultrasoniche. Il dispositivo ad ultrasuoni è stato impostato in modalità pulsazione, utilizzando un controllo del duty cycle, al fine di ridurre la formazione di radicali liberi. Il ciclo è stato impostato sul 50% per tutti gli esperimenti. La soluzione è stata trattata ad una temperatura costante di 30°C per 5, 10 e 15 minuti. [Yaldagard et al. 2008]

Risultati
I trattamenti ad ultrasuoni si traduce in una maggiore idratazione e una germinazione più veloce in tempi più brevi.
La più alta germinazione del seme (circa il 100%) è stata registrata con l'impostazione di potenza del 100%. Per i semi sonicati per 5, 10 e 15 minuti a piena potenza (100% della potenza del dispositivo), il tasso di germinazione è stato aumentato da ~93,3% (semi non ionizzati) al 97,2%, 98% e 99,4%, rispettivamente. Questi risultati possono essere attribuiti ad effetti meccanici dovuti alla cavitazione indotta da ultrasuoni che aumenta l'assorbimento di acqua da parte delle pareti cellulari. La sonicazione migliora il trasferimento di massa e facilita la penetrazione dell'acqua attraverso la parete cellulare all'interno della cella. Il crollo delle bolle di cavitazione vicino alle pareti cellulari interrompe la struttura cellulare e consente un buon trasferimento di massa grazie ai getti di liquido ad ultrasuoni.
Il metodo ha ridotto notevolmente il tempo necessario per avviare la germinazione dei semi. Le radici dei capelli sono apparse più velocemente nei campioni trattati e sono cresciute abbondantemente rispetto ai semi non ionizzati. Quando si utilizza orzo trattato come sopra, il periodo di germinazione è stato ridotto a 4-5 giorni (a seconda della potenza ultrasonica e del tempo di esposizione) dai soliti 7 giorni. Inoltre, il tempo medio di germinazione è sceso da 6,66 giorni per la regolazione della potenza del 20% a 4,04 giorni per la regolazione della potenza ultrasonica del 100% dopo un tempo di elaborazione di 15 min. L'analisi dei dati ottenuti indica che l'estensione della germinazione e il tempo medio di germinazione sono stati influenzati in modo significativo dalle diverse impostazioni di potenza ultrasonica durante il test di germinazione. Tutti gli esperimenti hanno portato ad un aumento della germinazione dei semi d'orzo rispetto al controllo non ionizzato (Fig. 1). Il tempo massimo di germinazione media è stato registrato per l'impostazione di potenza del 20% e il tempo minimo di germinazione media è stato registrato per l'impostazione di potenza del 100% (Fig. 2).

Maggiore resa grazie al malto ad ultrasuoni.

Maggiore tasso di germinazione e resa con gli ultrasuoni

È stato inoltre dimostrato che la sonicazione migliora la germinazione dei semi di ceci, frumento, pomodoro, pepe, carota, ravanello, mais, riso, anguria, girasole, girasole e molti altri.

Apparecchiature ad ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics fornisce affidabili ultrasuoni ad alta potenza per uso di laboratorio, da banco e industriale. Per l'adescamento e il malto su scala commerciale, vi raccomandiamo i nostri sistemi industriali ad ultrasuoni come il UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) oppure UIP16000 (16kW). I reattori a cellule di flusso collettore e gli accessori completano la nostra gamma di prodotti. Tutti i sistemi Hielscher sono estremamente robusti e costruiti per un funzionamento 24/7.
Per testare e ottimizzare l'adescamento e la germinazione dei semi ad ultrasuoni, vi offriamo la possibilità di visitare il nostro laboratorio di processo ad ultrasuoni completamente attrezzato e il nostro centro tecnico!
Contattaci oggi stesso! Siamo lieti di discutere il vostro processo con voi!

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Letteratura/riferimenti



Fatti sull'orzo & Malto

Il processo di malto

Nel malto il cereale germina e prevede tre fasi: macerazione, germinazione e cottura. Durante la macerazione, ai grani che attivano gli enzimi viene aggiunta acqua. La macerazione convenzionale richiede 1-2 giorni. Dopo 1-2 giorni i chicchi d'orzo hanno raggiunto un contenuto d'acqua del 40-45%. A questo punto, l'orzo viene rimosso dall'acqua di macerazione e inizia la germinazione.
Durante la germinazione si formano o si attivano diversi enzimi che sono essenziali nel processo di mashing. β-glucani sono suddivisi in endo-β-1,4-glucanasi ed endo-β-1,3-glucanasi. L'endo-β-1,4-glucanasi è già presente nell'orzo, ma l'endo-β-1,3-glucanasi è presente solo nel malto. Poiché i β-glucani sono gelificanti e quindi possono causare problemi di filtrazione, un alto contenuto di β-glucanasi e un basso contenuto di β-glucano sono auspicabili nel malto. Il contenuto di amido diminuisce e il contenuto di zucchero aumenta durante la germinazione e l'amido viene degradato da α-amilasi e β-amilasi. L'orzo non contiene α-amilasi; viene prodotto durante la germinazione, mentre la β-amilasi è già presente nell'orzo. Le proteine si degradano anche durante la germinazione. I peptidasi degradano il 35-40 % delle proteine in materiale solubile. Dopo 5-6 giorni la germinazione è completata e i suoi processi vitali sono inattivati dal forno. Nel forno l'acqua viene rimossa facendo passare aria calda attraverso il malto. Questo blocca la germinazione e le modifiche, e invece i composti di colore e sapore sono formati dalle reazioni di Maillard.

Enzimi nel malto & Processo di produzione della birra

Gli enzimi più importanti per l'idrolisi dell'amido nell'orzo sono gli enzimi α-amilasi e β-amilasi che catalizzano l'idrolisi dell'amido in zuccheri. L'amilasi degrada i polisaccaridi, cioè l'amido, in maltosio. La β-amilasi è presente in forma inattiva prima della germinazione, mentre l'α-amilasi e le proteasi appaiono una volta iniziata la germinazione. Poiché l'α-amilasi può agire ovunque sul substrato, tende ad agire più velocemente della β-amilasi. β-amilasi catalizza l'idrolisi del secondo legame glicosidico α-1,4, staccando due unità di glucosio / maltosio contemporaneamente.
Altri enzimi, come le proteasi, scompongono le proteine del grano in forme che possono essere utilizzate dai lieviti. A seconda di quando il processo di malto viene interrotto, si ottiene un rapporto amido/enzima e l'amido parzialmente convertito in zuccheri fermentabili. Il malto contiene anche piccole quantità di altri zuccheri, come il saccarosio e il fruttosio, che non sono prodotti della modificazione dell'amido ma che erano già presenti nel chicco. Un'ulteriore conversione in zuccheri fermentabili si ottiene durante il processo di ammostatura.

Idrolisi dell'amido

Durante l'idrolisi enzimatica, gli enzimi catalizzano il processo di saccarificazione, il che significa che i carboidrati (amido) vengono spezzati nelle molecole di zucchero che li compongono. Con l'idrolisi, la risorsa energetica (amido) viene convertita in zuccheri che vengono consumati dal germe per la crescita.

Proteine in Orzo

L'orzo ha un contenuto proteico dall'8 al 15%. Le proteine dell'orzo contribuiscono essenzialmente alla qualità del malto e della birra. Le proteine solubili sono importanti per la ritenzione e la stabilità della testa della birra.

Arabinoxylans e β-glucano in Orzo

Arabinoxylans e β-glucano sono fibre alimentari solubili. Gli estratti di malto possono contenere alti livelli di arabinoxilani che possono causare difficoltà durante la filtrazione, poiché gli estratti viscosi possono deteriorare significativamente le prestazioni dei processi di produzione della birra. Per il processo di produzione della birra, un alto contenuto di β-glucano nell'orzo può portare ad un insufficiente degrado delle pareti cellulari, che a sua volta ostacola la diffusione degli enzimi, la germinazione e la mobilitazione delle riserve di semi, e quindi riduce l'estratto di malto. Il β-glucano residuo può anche portare a mosto altamente viscoso, dando luogo ad un problema di filtrazione nel birrificio, e può partecipare alla maturazione della birra, causando foschia di freddo. Gli arabinoxilani si trovano nelle pareti cellulari di orzo, avena, frumento, segale, mais, riso, sorgo e miglio. L'estraibilità sia degli arabinoxylans che del β-glucano sono significativamente aumentate dalla sonicazione.

Antiossidanti dell'orzo

L'orzo contiene più di 50 proantocianidine tra cui oligomerico e polimerico flavan-3-olo, catechina e gallocatechina. La proantocianina dimerica B3 e la procianidina B3 sono le più abbondanti nell'orzo.
Gli antiossidanti sono noti per la loro capacità di ritardare o prevenire le reazioni di ossidazione e le reazioni dei radicali liberi dell'ossigeno, che li rende importanti nel processo di malto e di produzione della birra. Gli antiossidanti (ad es. solfiti, formaldeide, ascorbato) sono usati come additivi nel processo di produzione della birra per migliorare la stabilità del sapore della birra. Circa l'80% dei composti fenolici della birra sono derivati dal malto d'orzo.