超音波製麦と麦芽の発芽
- モルティングは時間のかかる工程である。穀物の種子の浸漬と水和に多くの時間を要し、その結果はほとんど不均一である。
- 超音波処理によって、大麦の発芽速度、発芽率、収量を大幅に改善することができる。
モルト製造
モルト／麦芽は、ビール、ウィスキー、モルトシェイク、モルトビネガー、食品添加物の原料として広く使用されています。製麦工程では、乾燥した穀物（大麦など）を水に浸して発芽させます。発芽中に既存の酵素が放出され、新しい酵素が生成され、胚乳の細胞壁が破壊されて細胞内容物が放出され、貯蔵されていたタンパク質の一部がアミノ酸に分解される。ある程度の発芽が達成されると、乾燥工程によって発芽プロセスが停止される。穀物を麦芽化することで、酵素 – すなわちα-アミラーゼとβ-アミラーゼである。 – 穀物のデンプンを糖に変化させるために必要なものが開発される。糖の種類には、単糖類のグルコース、二糖類のマルトース、三糖類のマルトトリオース、マルトデキストリンと呼ばれる高級糖類などがある。穀物の浸漬と発芽にはかなり時間がかかり、浸漬には1～2日、発芽にはさらに4～6日かかる。このため、麦芽の製造には時間とコストがかかる。
発芽中の大麦
超音波による麦芽の改良
ソリューション超音波処理
- ソニケーションは大麦の発芽能力と発芽速度を向上させる。
超音波の効果：
- より速く、より良い浸漬
- より早い発芽
- より完全な発芽
- 酵素の活性化
- 高い抽出率
- 高品質モルト
このような超音波による効果は、酵素活性の向上と微小な亀裂によって引き起こされる。 超音波キャビテーション 種子に付着している。大麦粒は短時間でより多くの水分を吸収することができ、その結果、大麦の品質が大幅に向上する。 水分補給の改善 種子の発芽していない種子は細菌やカビに侵されやすいためだ。
製麦は多くの酵素が関与する複雑なプロセスであり、重要な酵素にはα-アミラーゼ、β-アミラーゼ、α-グルコシダーゼ、制限デキストリンがある。麦芽製造中、大麦は不完全な自然発芽プロセスを経て、大麦穀粒の胚乳が一連の酵素分解を受ける。この酵素分解の結果、胚乳細胞壁が分解され、デンプン顆粒が胚乳のマトリックスから放出される。超音波は酵素を活性化し、デンプンやタンパク質などの細胞内物質の抽出率を向上させる。アラビノキシラン分子は希薄な多糖溶液中で高分子凝集体を形成する傾向がある。超音波処理は多糖類の凝集体を効果的に減少させるのに役立つ。多糖類のデンプンの分解により、発酵可能な炭水化物が生成される。このような炭水化物は、ビール製造の発酵工程でアルコールに変換される。
製麦中の生物化学的プロセスに対するこのような超音波効果はすべて、次のような結果をもたらす。 発芽時間の短縮 そして より高い発芽率／収量.発芽期間を短くすることは、結果として大きな意味を持つ。 商業的利益 製麦・醸造業界向け。
Yaldagardら(2008)は、超音波を使用することを示した。 “は、発芽期間を短縮し、全発芽率を向上させる種子処理方法として、麦芽工程に使用できる可能性がある。”
超音波処理による発芽促進
超音波による大麦種子のプライミング・プロトコル
大麦の種 外被 (水分9％、収穫後3ヶ月常温保存）
ソノトロードS3（放射状、直径3mm、最大浸漬深さ90mm）を装備した超音波装置UP200H（200W、24kHz）
プロトコル
ホーンの先端は、水と大麦種子からなる処理液に約9 mm浸漬した。すべての実験は、80 mLの水道水に分散させた試料（10 gの大麦種子）に対して、攪拌または振とうを加えながら、20、60、100%の入力電力で直接超音波処理（プローブシステム）を行った。これは、超音波を均一に分散させるために、定在波や固形物のない領域の形成を避けるために採用した。超音波装置は、フリーラジカルの生成を抑えるため、デューティサイクル制御を用いて脈動モードに設定した。サイクルはすべての実験で50%に設定した。溶液は30℃の一定温度で5分、10分、15分間処理した。[Yaldagard et al.］
結果
超音波処理により、より高い水分補給と短時間での発芽が可能となる。
最も高い種子発芽率（約100%）は、100%の出力設定で記録された。フルパワー（装置の100%出力設定）で5分、10分、15分間超音波処理した種子の発芽率は、非音波処理種子の～93.3%から、それぞれ97.2%、98%、99.4%に上昇した。これらの結果は、超音波によって誘発されたキャビテーションによる機械的効果により、細胞壁による水の取り込みが増加したためと考えられる。超音波処理により物質移動が促進され、細胞壁から細胞内部への水の浸透が促進された。細胞壁近傍でキャビテーション気泡が崩壊することにより細胞構造が破壊され、超音波液体噴流による良好な物質移動が可能になる。
この方法により、種子の発芽に要する時間が大幅に短縮された。処理したサンプルでは、非音波処理種子に比べて毛根が早く現れ、豊富に成長した。上記のように処理したオオムギを用いた場合、発芽期間は通常の7日間から4～5日間（超音波出力と照射時間による）に短縮された。さらに、平均発芽日数は、15分の処理時間後、超音波出力20%設定の6.66日から、超音波出力100%設定の4.04日に短縮した。得られたデータの分析から、発芽の程度と平均発芽時間は、発芽試験中の超音波出力設定の違いによって有意な影響を受けることがわかった。すべての実験において、超音波処理をしていないコントロールと比較して、オオムギ種子の発芽が増加した（Fig.）平均発芽時間は、20%の出力設定で最大となり、100%の出力設定で最小となった（Fig.）
超音波による発芽率と収量の向上
ソニケーションは、ひよこ豆、小麦、トマト、ピーマン、ニンジン、大根、トウモロコシ、米、スイカ、ヒマワリ、その他多くの種子の発芽を促進することも証明されている。
超音波装置
Hielscher Ultrasonics社は、ラボ用、卓上用、工業用の信頼性の高い高出力超音波発生装置を提供しています。商業規模での種子のプライミングや製麦には、以下のような工業用超音波システムをお勧めします。 UIP2000hdT (2kW）、 UIP4000hdT (4kW）、 UIP10000 (10kW）または uip16000 (16kW)です。マニホールド・フローセル・リアクターとアクセサリーは、弊社の製品レンジを完成させます。すべてのHielscherシステムは非常に堅牢で、24時間365日稼働するように設計されています。
超音波による種子のプライミングと発芽をテストし、最適化するために、私たちは、フル装備の超音波プロセスラボとテクニカルセンターを訪問する可能性を提供します！
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UIP1000hdT
超音波
- 発芽促進
- 高い利回り
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文献／参考文献
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010)：超音波技術を用いた4作物種の種子発芽促進。実験農業, 46/02, 2010.231-242.
- Nilsson, Frida (2009)： SE-HPLCを用いたビール醸造過程における大麦タンパク質組成の研究。 スウェーデン、カルマル大学純粋・応用自然科学部での学位取得プロジェクト。
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008)： 大麦種子の発芽を促進するためのプライミング技術としての超音波の応用：タグチアプローチによる方法の最適化． J.Inst. Brew.114(1), 2008.14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007)： 大麦種子の発芽促進とα-アミラーゼ活性に対する超音波処理の効果.International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering 1/10, 2007.
大麦に関する事実 & モルト
麦芽製造工程
モルティングでは穀物が発芽し、蒸煮、発芽、窯入れの3つの工程を経る。蒸煮では穀物に水を加え、酵素を活性化させる。通常の蒸麦は1～2日かかる。1～2日後、大麦粒の含水率は40～45％に達する。この時点で大麦は浸漬水から取り出され、発芽が始まる。
発芽の過程で、いくつかの酵素が生成または活性化され、後のマッシュ工程で不可欠となる。β-グルカンはエンド-β-1,4-グルカナーゼとエンド-β-1,3-グルカナーゼによって分解される。エンド-β-1,4-グルカナーゼはすでに大麦に存在するが、エンド-β-1,3-グルカナーゼは麦芽にしか存在しない。β-グルカンはゲルを形成するため、濾過に問題が生じる可能性があるため、麦芽ではβ-グルカナーゼの含有量が多く、β-グルカンの含有量が少ないことが望ましい。発芽中にデンプン含量が減少し、糖含量が増加し、デンプンはα-アミラーゼとβ-アミラーゼによって分解される。大麦にはα-アミラーゼは存在せず、発芽中に生成されるが、β-アミラーゼはすでに存在する。タンパク質も発芽中に分解される。ペプチダーゼはタンパク質の35～40％を可溶性物質に分解する。5～6日後に発芽が完了し、キルニングによってその生命プロセスが不活性化される。キルニングでは麦芽に熱風を通して水分を除去する。これにより発芽と変化が止まり、代わりにメイラード反応によって色と風味の化合物が生成される。
モルティングにおける酵素 & 醸造プロセス
大麦のデンプンの加水分解に最も重要な酵素は、デンプンの糖への加水分解を触媒するα-アミラーゼとβ-アミラーゼである。アミラーゼは多糖類、すなわちデンプンをマルトースに分解する。β-アミラーゼは発芽前には不活性型で存在するが、α-アミラーゼとプロテアーゼは発芽が始まると現れる。α-アミラーゼは基質のどこにでも作用できるため、β-アミラーゼよりも即効性がある傾向がある。β-アミラーゼは2番目のα-1,4グリコシド結合の加水分解を触媒し、一度に2つのグルコースユニット/マルトースを切断する。
プロテアーゼなどの他の酵素は、穀物中のタンパク質を酵母が利用できる形に分解する。製麦工程をいつ止めるかによって、好ましいデンプン／酵素比が得られ、デンプンが部分的に発酵可能な糖に変換される。モルトには、スクロースやフルクトースなどの他の糖類も少量含まれているが、これらはデンプン改質の産物ではなく、穀物中にすでに含まれていたものである。発酵可能な糖へのさらなる変換は、マッシングの過程で達成される。
デンプンの加水分解
酵素加水分解では、酵素が糖化プロセスを触媒し、炭水化物（デンプン）を構成する糖分子に分解する。加水分解によって、エネルギー資源（デンプン）は、胚芽が成長するために消費する糖に変換される。
大麦のタンパク質
大麦のタンパク質含有量は8～15％である。大麦のタンパク質は、基本的に麦芽とビールの品質に貢献します。可溶性タンパク質はビールのヘッド保持と安定性に重要です。
大麦のアラビノキシランとβ-グルカン
アラビノキシランとβ-グルカンは水溶性食物繊維である。麦芽エキスにはアラビノキシランが多く含まれることがあり、粘性の高いエキスは醸造工程の性能を著しく低下させるため、ろ過時に困難を引き起こすことがある。醸造工程では、大麦にβ-グルカンが多く含まれると、細胞壁の分解が不十分となり、酵素の拡散、発芽、穀粒の蓄積の動員を妨げるため、麦芽エキスが減少する可能性がある。また、β-グルカンが残存していると麦汁の粘度が高くなり、醸造所での濾過に問題が生じたり、ビールの熟成に関与してチルヘイズを引き起こしたりすることもある。アラビノキシランは、大麦、オート麦、小麦、ライ麦、トウモロコシ、米、ソルガム、キビの細胞壁に含まれている。アラビノキシランとβ-グルカンの抽出性は、超音波処理によって著しく向上する。
大麦に含まれる抗酸化物質
大麦には、オリゴマーおよびポリマーのフラバン-3-オール、カテキン、ガロカテキンなど、50種類以上のプロアントシアニジンが含まれている。二量体プロアントシアニンB3とプロシアニジンB3が大麦に最も多く含まれる。
酸化防止剤は、酸化反応や酸素フリーラジカル反応を遅らせる、あるいは防止する能力で知られており、麦芽製造や醸造工程で重要な役割を果たします。酸化防止剤（亜硫酸塩、ホルムアルデヒド、アスコルビン酸塩など）は、ビールの風味の安定性を向上させるため、醸造工程で添加物として使用される。ビール中のフェノール化合物の約80％は大麦麦芽に由来する。