Iesala ražošana un diedzēšana ar ultraskaņu
- Iesala ražošana ir laikietilpīgs process: graudu mērcēšana un hidratācija aizņem daudz laika un lielākoties dod nevienmērīgus rezultātus.
- Apstrāde ar ultraskaņu var ievērojami uzlabot miežu dīgšanas ātrumu, dīgšanas rādītāju un iznākumu.
Iesala ražošana
Iesalu / iesalotus graudus plaši izmanto alus, viskija, iesala kokteiļu un iesala etiķa ražošanai, kā arī kā pārtikas piedevu. Iesala ražošanas procesā izžāvētus graudus (piemēram, miežus) mērcē ūdenī, lai sāktos dīgšana. Dīgšanas laikā atbrīvojas esošie enzīmi, veidojas jauni enzīmi un tiek noārdīti endospermas šūnu apvalki, lai atbrīvotu šūnu saturu un sašķeltu daļu uzkrāto olbaltumvielu aminoskābēs. Kad sasniegta noteikta dīgšanas pakāpe, dīgšanas procesu aptur ar žāvēšanu. Iesalojot graudus, veidojas enzīmi – proti, α-amilāze un β-amilāze –, kas nepieciešami graudu cietes pārveidošanai cukuros. Dažādie cukuru veidi ietver monosaharīdu glikozi, disaharīdu maltozi, trisaharīdu maltotriozi un augstākos cukurus, ko sauc par maltodekstrīniem. Graudu mērcēšana un diedzēšana ir diezgan laikietilpīga, ņemot vērā, ka mērcēšana ilgst 1–2 dienas un diedzēšana aizņem vēl 4–6 dienas. Tādēļ iesala ražošana ir laikietilpīga un dārga.
Dīgstoši mieži
Ar ultraskaņu uzlabota iesala ražošana
Risinājums: apstrāde ar ultraskaņu
- Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo miežu graudu dīgtspēju un dīgšanas ātrumu.
Ultraskaņas iedarbība:
- Ātrāka un labāka mērcēšana
- Ātrāka dīgšana
- Pilnīgāka dīgšana
- Enzīmu aktivēšana
- Lielāks ekstrakcijas ātrums
- Augstas kvalitātes iesals
Šo ultraskaņas ierosināto iedarbību izraisa uzlabota enzīmu aktivitāte un mikroplaisas, ko ultraskaņas kavitācija rada sēklā. Miežu grauds īsākā laikā var absorbēt vairāk ūdens, nodrošinot ievērojami uzlabotu hidratāciju sēklām. Ātra hidratācija un vienmērīga dīgšana ir svarīgas labai iesala kvalitātei, jo nedīgušas sēklas ir uzņēmīgas pret baktēriju un sēņu izraisītiem bojājumiem.
Iesala ražošana ir sarežģīts process, kurā piedalās daudzi enzīmi; nozīmīgākie ir α-amilāze, β-amilāze, α-glikozidāze un limitdekstrīns. Iesalošanas laikā miežos norisinās nepilnīgs dabiskās dīgšanas process, kas ietver virkni miežu grauda endospermas enzimātiskās noārdīšanās procesu. Šīs enzimātiskās noārdīšanās rezultātā tiek noārdīti endospermas šūnu apvalki un cietes granulas atbrīvojas no endospermas matricas, kurā tās ir iegultas. Ultraskaņa aktivē enzīmus un uzlabo šūnu iekšējā materiāla, piemēram, cietes un olbaltumvielu, ekstrakcijas ātrumu. Arabinoksilāna molekulām ir tendence atšķaidītos polisaharīdu šķīdumos veidot makromolekulārus agregātus. Apstrāde ar ultraskaņu palīdz efektīvi samazināt polisaharīdu agregātus. Noārdot polisaharīdu cieti, rodas fermentējami ogļhidrāti. Alus ražošanas raudzēšanas posmā šie ogļhidrāti tiek pārvērsti spirtā.
Visa šī ultraskaņas iedarbība uz bioķīmiskajiem procesiem iesalošanas laikā nodrošina īsāku dīgšanas laiku un augstāku dīgšanas rādītāju / iznākumu. Dīgšanas perioda saīsināšana nodrošina ievērojamus komerciālus ieguvumus iesala ražošanas un alus darīšanas nozarei.
Yaldagard et al. (2008) ir parādījuši, ka ultraskaņu “potenciāli var izmantot iesala ražošanas procesos kā sēklu apstrādes metodi, lai saīsinātu dīgšanas periodu un palielinātu kopējo izdīgušo sēklu procentuālo daļu.”
Ātrāka dīgšana, apstrādājot ar ultraskaņu
Miežu sēklu priekšapstrādes ar ultraskaņu protokols
Miežu sēklas Hordeum vulgare (mitruma saturs 9%; pēc ražas novākšanas 3 mēnešus uzglabātas istabas temperatūrā)
Ultraskaņas ierīce UP200H (200W, 24kHz), kas aprīkota ar sonotrodi S3 (radiāla forma, diametrs 3mm, maks. iegremdēšanas dziļums 90mm)
Protokols:
Sonotrodes gals tika iegremdēts aptuveni 9 mm dziļumā procesa šķīdumā, kas sastāvēja no ūdens un miežu sēklām. Visi eksperimenti tika veikti ar paraugiem (10 g miežu sēklu), kas disperģēti 80 mL krāna ūdens, izmantojot tiešu apstrādi ar ultraskaņu (zondes sistēmu) ar 20, 60 un 100% jaudas iestatījumu un papildu maisīšanu vai kratīšanu. Tas tika darīts, lai novērstu stāvviļņus vai no cietām daļiņām brīvu zonu veidošanos un nodrošinātu vienmērīgu ultraskaņas viļņu izplatīšanos. Ultraskaņas ierīce tika iestatīta impulsu režīmā, izmantojot darba cikla regulēšanu, lai samazinātu brīvo radikāļu veidošanos. Visos eksperimentos darba cikls tika iestatīts uz 50%. Šķīdums tika apstrādāts nemainīgā 30°C temperatūrā 5, 10 un 15 min. [Yaldagard et al. 2008]
Rezultāti:
Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina labāku hidratāciju un ātrāku dīgšanu īsākā laikā.
Visaugstākā sēklu dīgtspēja (aptuveni 100%) tika reģistrēta pie 100% jaudas iestatījuma. Sēklām, kas tika apstrādātas ar ultraskaņu 5, 10 un 15 min ar pilnu jaudu (ierīces 100% jaudas iestatījums), dīgtspēja palielinājās no ~93,3% (ar ultraskaņu neapstrādātām sēklām) līdz attiecīgi 97,2%, 98% un 99,4%. Šos rezultātus var izskaidrot ar ultraskaņas izraisītas kavitācijas mehānisko iedarbību, kas palielina ūdens uzņemšanu šūnu sieniņās. Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo masas pārnesi un atvieglo ūdens iekļūšanu caur šūnas sieniņu šūnas iekšienē. Kavitācijas burbuļu sabrukšana šūnu sieniņu tuvumā sagrauj šūnu struktūru un ultraskaņas radīto šķidruma strūklu ietekmē nodrošina labu masas pārnesi.
Šī metode ievērojami samazināja laiku, kas nepieciešams sēklu dīgšanas uzsākšanai. Apstrādātajos paraugos sakņu matiņi parādījās ātrāk un auga bagātīgāk nekā ar ultraskaņu neapstrādātajām sēklām. Izmantojot iepriekš aprakstītajā veidā apstrādātus miežus, dīgšanas periods tika saīsināts no ierastajām 7 dienām līdz 4 līdz 5 dienām (atkarībā no ultraskaņas jaudas un iedarbības laika). Turklāt pēc 15 min ilgas apstrādes vidējais dīgšanas laiks samazinājās no 6,66 dienām pie 20% jaudas iestatījuma līdz 4,04 dienām pie 100% ultraskaņas jaudas iestatījuma. Iegūto datu analīze liecina, ka dažādie ultraskaņas jaudas iestatījumi dīgšanas testa laikā būtiski ietekmēja dīgtspēju un vidējo dīgšanas laiku. Visos eksperimentos miežu sēklu dīgtspēja palielinājās salīdzinājumā ar kontroles paraugu, kas netika apstrādāts ar ultraskaņu (1. att.). Visilgākais vidējais dīgšanas laiks tika reģistrēts pie 20% jaudas iestatījuma, bet visīsākais vidējais dīgšanas laiks tika reģistrēts pie 100% jaudas iestatījuma (2. att.).
Augstāka dīgtspēja un lielāks iznākums, izmantojot ultraskaņu
Ir pierādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu uzlabo arī aunazirņu, kviešu, tomātu, paprikas, burkānu, redīsu, kukurūzas, rīsu, arbūzu, saulespuķu un daudzu citu augu sēklu dīgšanu.
Ultraskaņas iekārtas
Hielscher Ultrasonics piegādā uzticamus lieljaudas ultraskaņas aparātus izmantošanai laboratorijās, uz laboratorijas galda un rūpniecībā. Sēklu pirmapstrādei un iesala ražošanai komerciālā mērogā iesakām mūsu rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas, piemēram, UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) vai UIP16000 (16kW). Mūsu produktu klāstu papildina daudzveidīgi plūsmas šūnu reaktori un piederumi. Visas Hielscher sistēmas ir ārkārtīgi izturīgas un paredzētas darbībai 24/7.
Lai pārbaudītu un optimizētu sēklu pirmapstrādi ar ultraskaņu un dīgšanu, piedāvājam jums iespēju apmeklēt mūsu pilnībā aprīkoto ultraskaņas procesu laboratoriju un tehnisko centru!
Sazinieties ar mums jau šodien! Mēs labprāt pārrunāsim ar jums jūsu procesu!
UIP1000hdT
ultraskaņu
- Paātrināta dīgšana
- Lielāks iznākums
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Literatūra un atsauces
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Četru kultūraugu sugu sēklu dīgšanas uzlabošana, izmantojot ultraskaņas metodi. Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): Miežu olbaltumvielu sastāva pētījums alus brūvēšanas procesā, izmantojot SE-HPLC. Diplomdarbs Kalmaras Universitātes Fundamentālo un lietišķo dabaszinātņu skolā, Zviedrijā.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Ultraskaņas viļņu izmantošana sēklu pirmapstrādei, lai paātrinātu un uzlabotu miežu sēklu dīgšanu: metodes optimizācija, izmantojot Taguči pieeju. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14–21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Apstrādes ar ultraskaņu efektivitāte miežu sēklu dīgšanas stimulēšanā un to alfa-amilāzes aktivitātes veicināšanā. Starptautiskais bioloģiskās, biomolekulārās, lauksaimniecības, pārtikas un biotehnoloģiskās inženierijas žurnāls 1/10, 2007.
Fakti par miežiem un iesalu
Iesala ražošanas process
Iesala ražošanā graudaugu graudus diedzē, un šis process ietver trīs posmus: mērcēšanu, diedzēšanu un kaltēšanu. Mērcēšanas laikā graudiem pievieno ūdeni, kas aktivē enzīmus. Tradicionālā mērcēšana ilgst 1–2 dienas. Pēc 1–2 dienām ūdens saturs miežu graudos ir sasniedzis 40–45%. Šajā brīdī miežus izņem no mērcēšanas ūdens, un sākas dīgšana.
Dīgšanas laikā veidojas vai aktivējas vairāki enzīmi, kuriem vēlāk ir būtiska nozīme iejavošanas procesā. β-glikānus šķeļ endo-β-1,4-glikanāze un endo-β-1,3-glikanāze. Endo-β-1,4-glikanāze jau ir miežos, bet endo-β-1,3-glikanāze ir tikai iesalā. Tā kā β-glikāni veido gelu un tādējādi var radīt filtrēšanas problēmas, iesalā ir vēlams augsts β-glikanāzes saturs un zems β-glikāna saturs. Dīgšanas laikā cietes saturs samazinās un cukuru saturs palielinās, un cieti šķeļ α-amilāze un β-amilāze. Miežos nav α-amilāzes; tā veidojas dīgšanas laikā, savukārt β-amilāze jau ir miežos. Dīgšanas laikā tiek šķeltas arī olbaltumvielas. Peptidāzes sašķeļ 35 – 40 % olbaltumvielu šķīstošās vielās. Pēc 5 līdz 6 dienām dīgšana ir pabeigta, un kaltēšana pārtrauc dzīvības procesus. Kaltēšanas laikā ūdeni aizvada, laižot caur iesalu karstu gaisu. Tas aptur dīgšanu un pārveidošanās procesus, un to vietā Maijāra reakcijās veidojas krāsu un garšu veidojoši savienojumi.
Enzīmi iesala ražošanas un alus brūvēšanas procesā
Svarīgākie enzīmi cietes hidrolīzei miežos ir α-amilāze un β-amilāze, kas katalizē cietes hidrolīzi līdz cukuriem. Amilāze sašķeļ polisaharīdus, proti, cieti, līdz maltozei. β-amilāze pirms dīgšanas ir neaktīvā formā, savukārt α-amilāze un proteāzes parādās, kad dīgšana ir sākusies. Tā kā α-amilāze var iedarboties jebkurā substrāta vietā, tā parasti darbojas ātrāk nekā β-amilāze. β-amilāze katalizē otrās α-1,4 glikozīdiskās saites hidrolīzi, vienlaikus atšķeļot divas glikozes vienības / maltozi.
Citi enzīmi, piemēram, proteāzes, sašķeļ graudu olbaltumvielas formās, ko raugs var izmantot. Atkarībā no tā, kad iesala ražošanas process tiek apturēts, iegūst vēlamo cietes / enzīmu attiecību un cieti, kas daļēji pārveidota fermentējamos cukuros. Iesals satur arī nelielu daudzumu citu cukuru, piemēram, saharozi un fruktozi, kas nav cietes pārveidošanās produkti, bet jau bija graudos. Turpmāka pārveidošana fermentējamos cukuros notiek iejavošanas procesā.
Cietes hidrolīze
Enzimātiskās hidrolīzes laikā enzīmi katalizē pārcukurošanās procesu, kurā ogļhidrāti (ciete) tiek sašķelti tos veidojošajās cukuru molekulās. Hidrolīzē enerģijas avots (ciete) tiek pārveidots cukuros, ko dīglis patērē augšanai.
Olbaltumvielas miežos
Olbaltumvielu saturs miežos ir no 8 līdz 15%. Miežu olbaltumvielas būtiski ietekmē iesala un alus kvalitāti. Šķīstošās olbaltumvielas ir svarīgas alus putu noturībai un stabilitātei.
Arabinoksilāni un β-glikāns miežos
Arabinoksilāni un β-glikāns ir šķīstošās uztura šķiedrvielas. Iesala ekstrakti var saturēt lielu daudzumu arabinoksilānu, kas var apgrūtināt filtrēšanu, jo viskozi ekstrakti var būtiski pasliktināt alus ražošanas procesu efektivitāti. Alus ražošanas procesā augsts β-glikāna saturs miežos var izraisīt nepietiekamu šūnapvalku noārdīšanos, kas savukārt kavē enzīmu difūziju, dīgšanu un graudu rezervju mobilizāciju un tādējādi samazina iesala ekstrakta daudzumu. Atlikušais β-glikāns var arī radīt ļoti viskozu misu, izraisot filtrēšanas problēmas alus darītavā, un tas var piedalīties alus nogatavināšanās procesā, izraisot aukstuma duļķojumu. Arabinoksilāni ir atrodami miežu, auzu, kviešu, rudzu, kukurūzas, rīsu, sorgo un prosas šūnapvalkos. Apstrāde ar ultraskaņu būtiski palielina gan arabinoksilānu, gan β-glikāna ekstrahējamību.
Antioksidanti miežos
Mieži satur vairāk nekā 50 proantocianidīnu, tostarp oligomēru un polimēru flavān-3-olu, katehīnu un gallokatehīnu. Dimērais proantocianīns B3 un procianidīns B3 miežos ir sastopami vislielākajā daudzumā.
Antioksidanti ir pazīstami ar spēju aizkavēt vai novērst oksidēšanās reakcijas un skābekļa brīvo radikāļu reakcijas, tāpēc tiem ir svarīga nozīme iesala un alus ražošanas procesā. Antioksidantus (piemēram, sulfītus, formaldehīdu, askorbātu) alus ražošanas procesā izmanto kā piedevas, lai uzlabotu alus garšas stabilitāti. Aptuveni 80% alus fenola savienojumu nāk no miežu iesala.