초음파 맥아 및 맥아 발아

맥아를 만드는 것은 시간이 많이 걸리는 과정입니다 : 곡물 씨앗을 담그고 수분을 공급하는 데는 많은 시간이 걸리고 대부분 고르지 않은 결과를 얻습니다.
초음파에 의해, 보리의 발아 속도, 속도 및 수율은 크게 향상 될 수 있습니다.

맥아 생산

맥아 / 맥아 곡물은 맥주, 위스키, 맥아 쉐이크, 맥아 식초 및 식품 첨가물을 만드는 데 널리 사용됩니다. 맥아 제조 과정에서 건조된 곡물(예: 보리)을 물에 담가 발아를 시작합니다. 발아 중에는 기존 효소가 방출되고, 새로운 효소가 생성되며, 배젖 세포벽이 파괴되어 세포 내용물이 방출되고 저장된 단백질의 일부가 아미노산으로 분해됩니다. 어느 정도의 발아가 이루어지면 발아 과정이 건조 과정에 의해 중단됩니다. 곡물을 맥아로 만들면, 효소는 – 즉, α-아밀라아제와 β-아밀라아제 – 곡물의 전분을 당으로 변형시키는 데 필요한 것이 개발됩니다. 다양한 유형의 설탕에는 단당류 포도당, 이당류 맥아당, 삼당류 말토트리오스 및 말토덱스트린이라고 하는 고당이 포함됩니다. 곡물을 담그고 발아하는 데는 1-2일이 걸리고 발아에 4-6일이 더 걸린다는 점을 고려하면 상당히 시간이 많이 걸립니다. 이것은 맥아 생산에 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다.

발아 보리

초음파로 개선 된 맥아

해결책 : 초음파 처리

초음파 처리는 보리 곡물의 발아 능력과 속도를 향상시킵니다.

초음파의 영향:

더 빠르고 더 나은 담그기
더 빠른 발아
보다 완전한 발아
효소의 활성화
더 높은 추출 속도
고품질 맥아

이러한 초음파로 시작된 효과는 개선된 효소 활성과 에 의해 유도된 미세 균열에 의해 발생합니다. 초음파 캐비테이션 씨앗에. 보리 곡물은 더 짧은 시간에 더 많은 물을 흡수할 수 있어 크게 수분 공급 개선 씨앗의. 발아되지 않은 씨앗은 박테리아 및 곰팡이 손상이 발생하기 쉽기 때문에 빠른 수화와 균일한 발아가 좋은 맥아 품질을 위해 중요합니다.
맥아는 많은 효소를 포함하는 복잡한 과정입니다. 중요한 것은 α-아밀라아제, β-아밀라아제, α-글루코시다아제, 한계 덱스트린입니다. 맥아를 만드는 동안 보리는 보리 알갱이 배젖의 일련의 효소 분해를 포함하는 불완전한 자연 발아 과정을 거칩니다. 이 효소 분해의 결과로 배젖 세포벽이 분해되고 전분 과립이 박혀 있는 배젖의 기질에서 방출됩니다. 초음파는 효소를 활성화하고 세포 내 물질(예: 전분, 단백질)의 추출 속도를 향상시킵니다. Arabinoxylan 분자는 묽은 다당류 용액에서 고분자 응집체를 형성하는 경향이 있습니다. 초음파는 다당류의 응집을 효과적으로 줄이는 데 도움이됩니다. 다당류 전분의 분해에 의해 발효성 탄수화물이 생성됩니다. 이러한 탄수화물은 맥주 제조의 발효 단계에서 알코올로 전환됩니다.

맥아 제조 중 생화학 공정에 대한 이러한 모든 초음파 효과는 발아 시간 단축 및 더 높은 발아율/수율. 발아 기간을 단축하면 상당한 결과를 얻을 수 있습니다. 상업적 혜택 맥아 및 양조 산업을 위해.

Yaldagard et al. (2008)은 초음파가 “발아 기간을 줄이고 총 발아 비율을 향상시키기 위해 종자를 처리하는 방법으로 맥아 공정에 사용할 가능성이 있습니다.”

Yaldagard et al. 2008은 보리 종자의 초음파로 개선 된 발아를 조사했습니다.

초음파 처리에 의한 더 빠른 발아

초음파 보리 종자 프라이밍 프로토콜

재료:
보리씨 호르데움 불가레 (수분 함량 9%, 수확 후 3개월 동안 실온에서 보관)
초음파 장치 UP200H (200W, 24kHz)에는 sonotrode S3 (방사형, 직경 3mm, 최대 침수 깊이 90mm)가 장착되어 있습니다.

프로토콜:
뿔의 끝부분을 물과 보리 종자로 구성된 공정 용액에 약 9mm 담갔다. 모든 실험은 20, 60 및 100 %의 전원 입력에서 직접 초음파 처리 (프로브 시스템)로 80mL의 수돗물에 분산 된 샘플 (10g 보리 종자)에 대해 추가 교반 또는 흔들림으로 수행되었습니다. 이것은 초음파의 균일 한 분포를 위해 정상파 또는 고체 자유 영역의 형성을 피하기 위해 사용되었습니다. 초음파 장치는 자유 라디칼의 형성을 줄이기 위해 듀티 사이클 제어를 사용하여 맥동 모드로 설정되었습니다. 주기는 모든 실험에 대해 50%로 설정되었습니다. 용액을 30°C의 일정한 온도에서 5분, 10분, 15분 동안 처리했습니다[Yaldagard et al. 2008]

결과:
초음파 처리는 더 짧은 시간에 더 높은 수분과 더 빠른 발아를 가져옵니다.
가장 높은 종자 발아 (약 100 %)는 100 % 전력 설정에서 기록되었습니다. 최대 전력 (장치의 100 % 전력 설정)에서 5, 10 및 15 분 동안 초음파 처리 된 종자의 경우 발아율이 ~ 93.3 % (초음파 처리되지 않은 종자)에서 각각 97.2 %, 98 % 및 99.4 %로 증가했습니다. 이러한 결과는 세포벽에 의한 수분 흡수를 증가시키는 초음파 유도 캐비테이션으로 인한 기계적 효과에 기인할 수 있습니다. 초음파 처리는 질량 전달을 향상시키고 세포벽을 통해 세포 내부로 물이 침투하는 것을 촉진합니다. 세포벽 근처의 캐비테이션 기포의 붕괴는 세포 구조를 파괴하고 초음파 액체 제트로 인해 우수한 질량 전달을 가능하게 합니다.
이 방법은 씨앗의 발아를 시작하는 데 필요한 시간을 상당히 줄였습니다. 모근은 처리된 샘플에서 더 빨리 나타났고 초음파 처리되지 않은 씨앗에 비해 풍부하게 자랐습니다. 위와 같이 처리된 보리를 사용하는 경우, 발아 기간을 통상의 7일에서 4-5일(초음파력 및 노출 시간에 따라 다름)로 단축하였다. 또한, 평균 발아 시간은 20 % 전력 설정의 경우 6.66 일에서 15 분의 처리 시간 후 100 %의 초음파 전력 설정의 경우 4.04 일로 감소했습니다. 결과 데이터의 분석은 발아 범위와 평균 발아 시간이 발아 테스트 중 다른 초음파 전력 설정에 의해 크게 영향을 받았다는 것을 나타냅니다. 모든 실험은 초음파 처리되지 않은 대조군에 비해 보리 종자의 발아를 증가시켰습니다(그림 1). 최대 평균 발아 시간은 20% 전력 설정에 대해 기록되었으며 최소 평균 발아 시간은 100% 전력 설정에 대해 기록되었습니다(그림 2).

초음파로 더 높은 발아율과 수율

초음파 처리는 또한 병아리 콩, 밀, 토마토, 고추, 당근, 무, 옥수수, 쌀, 수박, 해바라기 및 기타 여러 종의 종자 발아를 향상시키는 것으로 입증되었습니다.

초음파 장비

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문헌/참고문헌

구수스, S. J.; 사마라, N. H.; 알쿠다, A. M.; Othman, MO (2010) : 초음파 기술을 사용하여 4 가지 작물 종의 종자 발아를 향상시킵니다. 실험농업, 46/02, 2010. 231-242.
닐손, 프리다 (2009) : SE-HPLC를 이용한 맥주 양조 공정 중 보리 단백질 조성에 대한 연구. 학위 프로젝트는 스웨덴 칼마르 대학교(University of Kalmar)의 순수 및 응용 자연 과학 대학(School of Pure and Applied Natural Sciences)에서 진행되었습니다.
얄다가르드, 마리암; 모르타자비, 세예드 알리; 타바타바이에, 파리데 (2008): 보리 종자의 발아를 가속화하고 향상시키기 위한 프라이밍 기술로서의 초음파의 적용: Taguchi 접근법에 의한 방법의 최적화. J. Inst. 양조주. 114(1), 2008. 14-21.
얄다가르드, 마리암; 모르타자비, 세예드 알리; 타바타바이에, 파리데 (2007): 보리 종자의 발아 자극과 알파 아밀라아제 활성에 대한 초음파 치료의 효과. International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering 1/10, 2007(생물분자, 농업, 식품 및 생명공학 공학의 국제 저널, 1/10, 2007).

보리에 관한 사실 & 엿기름

맥아 제조 과정

맥아를 만들 때 곡물은 발아하며 침지, 발아 및 가마의 세 단계가 포함됩니다. 담그는 동안 효소를 활성화하는 곡물에 물을 첨가합니다. 기존의 담그는 데는 1-2일이 걸립니다. 1-2일 후 보리 곡물은 수분 함량이 40-45%에 도달합니다. 이 시점에서 보리를 담그는 물에서 제거하고 발아를 시작합니다.
발아 중에는 여러 효소가 형성되거나 활성화되며, 이는 나중에 으깬 과정에서 필수적입니다. β-글루칸은 엔도-β-1,4-글루카나아제와 엔도-β-1,3-글루카나아제로 분해됩니다. 엔도-β-1,4-글루카나아제는 이미 보리에 존재하지만 엔도-β-1,3-글루카나아제는 맥아에만 존재합니다. β-글루칸은 겔 형성이므로 여과에 문제를 일으킬 수 있기 때문에 맥아에서는 β-글루카나아제 함량이 높고 β-글루칸 함량이 낮은 것이 바람직합니다. 발아 중에 전분 함량이 감소하고 설탕 함량이 증가하며 전분은 α-아밀라아제와 β-아밀라아제에 의해 분해됩니다. 보리에는 α-아밀라아제가 존재하지 않습니다. 그것은 발아 중에 생성되지만 β-아밀라아제는 이미 보리에 존재합니다. 단백질은 또한 발아 중에 분해됩니다. 펩티다아제는 단백질의 35 – 40%를 용해성 물질로 분해합니다. 5-6 일 후에 발아가 완료되고 가마에 의해 생명 과정이 비활성화됩니다. 가마에서 맥아를 통해 뜨거운 공기를 통과시켜 물을 제거합니다. 이것은 발아와 변형을 멈추고 대신 색상과 풍미 화합물이 Maillard 반응에 의해 형성됩니다.

맥아의 효소 & 양조 과정

보리에서 전분의 가수분해를 위한 가장 중요한 효소는 전분의 가수분해를 당으로 촉매하는 α-아밀라아제와 β-아밀라아제 효소입니다. 아밀라아제는 다당류, 즉 전분을 맥아당으로 분해합니다. β-아밀라아제는 발아 전에 비활성 형태로 존재하는 반면, α-아밀라아제와 프로테아제는 발아가 시작되면 나타납니다. α-아밀라아제가 기판의 어느 곳에서나 작용할 수 있기 때문에 β-아밀라아제보다 빠르게 작용하는 경향이 있습니다. β-아밀라아제는 두 번째 α-1,4 글리코시드 결합의 가수분해를 촉매하여 한 번에 두 개의 포도당 단위/맥아당을 절단합니다.
프로테아제와 같은 다른 효소는 곡물의 단백질을 효모가 사용할 수 있는 형태로 분해합니다. 맥아 공정이 중단되는 시기에 따라 선호하는 전분/효소 비율과 부분적으로 발효 가능한 당으로 전환되는 전분을 얻을 수 있습니다. 맥아에는 또한 자당 및 과당과 같은 소량의 다른 설탕이 포함되어 있는데, 이는 전분 변형의 산물이 아니지만 이미 곡물에 있었습니다. 발효성 설탕으로의 추가 전환은 으깬 과정에서 이루어집니다.

전분 가수분해(Starch Hydrolysis)

효소 가수분해 과정에서 효소는 당화 과정을 촉매하는데, 이는 탄수화물(전분)이 그 구성 요소인 당 분자로 분해된다는 것을 의미합니다. 가수분해에 의해 에너지 자원(전분)은 당으로 전환되어 세균이 성장을 위해 소비합니다.

보리에 함유된 단백질

보리의 단백질 함량은 8-15%입니다. 보리 단백질은 본질적으로 맥아와 맥주의 품질에 기여합니다. 수용성 단백질은 맥주 헤드 유지 및 안정성에 중요합니다.

보리의 아라비녹실란과 β글루칸

아라비녹실란과 β글루칸은 수용성 식이섬유입니다. 맥아 추출물에는 점성 추출물이 양조 공정의 성능을 크게 저하시킬 수 있기 때문에 여과 중에 어려움을 겪을 수 있는 높은 수준의 아라비녹실란이 포함될 수 있습니다. 양조 과정의 경우, 보리에 함유된 β-glucan의 함량이 높으면 세포벽이 충분히 분해되지 않을 수 있으며, 이는 다시 효소의 확산, 발아 및 커널 예비력의 동원을 방해하여 맥아 추출물을 감소시킵니다. 잔류 β - 글루칸은 또한 점성이 높은 맥아 즙으로 이어져 양조장에서 여과 문제를 일으킬 수 있으며 맥주의 숙성에 참여하여 냉기 연무를 유발할 수 있습니다. Arabinoxylans는 보리, 귀리, 밀, 호밀, 옥수수, 쌀, 수수 및 기장의 세포벽에서 발견됩니다. arabinoxylans와 β-glucan의 추출 가능성은 초음파 처리에 의해 크게 증가합니다.

보리에 함유된 항산화제

보리에는 올리고머 및 고분자 플라반-3-올, 카테킨, 갈로카테킨을 포함한 50가지 이상의 프로안토시아니딘이 함유되어 있습니다. 이합체 프로안토시아닌 B3와 프로시아니딘 B3는 보리에 가장 풍부합니다.
산화 방지제는 산화 반응과 산소 자유 라디칼 반응을 지연시키거나 예방하는 능력으로 알려져 있어 맥아 및 양조 과정에서 중요합니다. 항산화제(예: 아황산염, 포름알데히드, 아스코르브산염)는 맥주 맛 안정성을 향상시키기 위해 양조 공정에서 첨가제로 사용됩니다. 맥주에 함유된 페놀 화합물의 약 80%는 보리 맥아에서 추출됩니다.