Ultrasoon mouten en moutkiemen
- Mouten is een tijdrovend proces: het weken en hydrateren van de graanzaden neemt veel tijd in beslag en levert meestal ongelijkmatige resultaten op.
- Door ultrasoon te behandelen kunnen de kiemkracht, de snelheid en de opbrengst van gerst aanzienlijk worden verbeterd.
Productie van mout
Mout / gemoute granen worden veel gebruikt om bier, whisky, gemoute shakes, moutazijn en voedingsadditieven te maken. Tijdens het moutproces wordt het gedroogde graan (bijv. gerst) geweekt in water om de kieming te starten. Tijdens het ontkiemen komen bestaande enzymen vrij, worden nieuwe enzymen geproduceerd en worden de celwanden van het endosperm gebroken om de celinhoud vrij te geven en een deel van het opgeslagen eiwit af te breken in aminozuren. Wanneer een bepaalde mate van kieming is bereikt, wordt het kiemproces gestopt door een droogproces. Door het mouten van granen worden de enzymen – namelijk α-amylase en β-amylase – die nodig is om het zetmeel van de graankorrel te veranderen in suikers. De verschillende soorten suikers omvatten het monosacharide glucose, het disacharide maltose, het trisacharide maltotriose en hogere suikers die maltodextrines worden genoemd. Het weken en ontkiemen van het graan kost veel tijd, aangezien het weken 1-2 dagen duurt en het ontkiemen nog eens 4-6 dagen. Dit maakt de productie van mout tijdrovend en duur.
Ontkiemende gerst
Ultrasoon verbeterd mouten
De oplossing: Sonicatie
- Sonificatie verbetert de kiemcapaciteit en -snelheid van gerstkorrels.
De effecten van ultrageluid:
- Sneller en beter weken
- Snellere ontkieming
- Volledigere ontkieming
- Activering van enzymen
- hogere afzuigsnelheid
- Hoogwaardige mout
Deze ultrasoon geïnitieerde effecten worden veroorzaakt door een verbeterde enzymatische activiteit en microscheurtjes geïnduceerd door ultrasone cavitatie op het zaad. De gerstkorrel kan meer water absorberen in een kortere periode, wat leidt tot een aanzienlijk hogere opbrengst. Verbeterde hydratatie van de zaden. Een snelle hydratatie en gelijkmatige kieming zijn belangrijk voor een goede moutkwaliteit, omdat ongekiemde zaden gevoelig zijn voor bacteriële en schimmelbeschadiging.
Mouten is een complex proces waarbij veel enzymen betrokken zijn; belangrijke zijn α-amylase, β-amylase, α-glucosidase en limietdextrine. Tijdens het mouten ondergaat gerst een onvolledig natuurlijk kiemproces waarbij een reeks enzymafbrekingen van het endosperm van de gerstkorrel plaatsvindt. Als gevolg van deze enzymafbraak worden de celwanden van het endosperm afgebroken en komen de zetmeelkorrels los uit de matrix van het endosperm waarin ze zijn ingebed. Ultrasoon activeert enzymen en verbetert de extractiesnelheid van het intracellulaire materiaal, zoals zetmeel en eiwitten. Arabinoxylane moleculen hebben de neiging om macromoleculaire aggregaten te vormen in de verdunde polysaccharideoplossingen. Ultrasoonbehandeling helpt om de aggregaten van polysachariden effectief te reduceren. Door de afbraak van het polysacharide zetmeel worden fermenteerbare koolhydraten geproduceerd. Zulke koolhydraten worden omgezet in alcohol tijdens de fermentatiestap van de bierproductie.
Al deze ultrasone effecten op de biochemische processen tijdens het mouten resulteren in een kortere ontkiemingstijd en een hogere kiemkracht / opbrengst. Het verkorten van de kiemperiode resulteert in significante commerciële voordelen voor de mout- en brouwerijsector.
Yaldagard et al. (2008) heeft aangetoond dat ultrasone trillingen “heeft het potentieel om gebruikt te worden in moutprocessen als een methode om zaden te behandelen om de kiemperiode te verkorten en het percentage van de totale kiemkracht te verbeteren.”
Snellere ontkieming door sonicatie
Ultrasoon voorstrijkprotocol voor gerstzaden
Gerst zaden Hordeum vulgare (vochtgehalte 9%; bewaring bij kamertemperatuur tot 3 maanden na de oogst)
Ultrasoon apparaat UP200H (200W, 24kHz) uitgerust met sonotrode S3 (radiale vorm, 3mm diameter, max. onderdompelingsdiepte 90mm)
Protocol:
De punt van de hoorn werd ongeveer 9 mm ondergedompeld in de procesoplossing bestaande uit water en gerstzaden. Alle experimenten werden uitgevoerd op monsters (10 g gerstzaden) gedispergeerd in 80 ml leidingwater met directe sonicatie (sondesysteem) bij een ingangsvermogen van 20, 60 en 100%, met extra agitatie of schudden. Dit werd gedaan om staande golven of de vorming van vaste vrije gebieden te voorkomen voor een uniforme verdeling van de ultrasone golven. Het ultrasone apparaat werd ingesteld op de pulsatiemodus met een duty cycle-regeling om de vorming van vrije radicalen te verminderen. De cyclus was ingesteld op 50% voor alle experimenten. De oplossing werd verwerkt bij een constante temperatuur van 30°C gedurende 5, 10 en 15 minuten. [Yaldagard et al. 2008]
Resultaten:
De ultrasone behandelingen leiden tot een hogere hydratatie en snellere ontkieming in kortere tijd.
De hoogste zaadontkieming (ongeveer 100%) werd geregistreerd bij de 100% vermogensinstelling. Voor de zaden die 5, 10 en 15 minuten met ultrasoon werden behandeld op vol vermogen (100% vermogensinstelling van het apparaat), werd het kiempercentage verhoogd van 93,3% (niet-gesoneerde zaden) tot respectievelijk 97,2%, 98% en 99,4%. Deze resultaten kunnen worden toegeschreven aan mechanische effecten als gevolg van ultrasoon geïnduceerde cavitatie die de wateropname door de celwanden verhoogt. De sonicatie verbetert de massaoverdracht en vergemakkelijkt de penetratie van water door de celwand naar het inwendige van de cel. Het instorten van cavitatiebelletjes nabij de celwanden verstoort de celstructuur en maakt een goede massaoverdracht mogelijk door de ultrasone vloeistofstralen.
De methode verkortte de tijd die nodig was om de zaden te laten ontkiemen aanzienlijk. Haarwortels verschenen sneller in de behandelde monsters en groeiden overvloedig in vergelijking met de niet-gesoneerde zaden. Bij gebruik van gerst die op deze manier behandeld was, werd de kiemperiode verkort van de gebruikelijke 7 dagen tot 4 tot 5 dagen (afhankelijk van het ultrasone vermogen en de blootstellingstijd). Bovendien daalde de gemiddelde kiemtijd van 6,66 dagen voor de instelling van 20% van het vermogen naar 4,04 dagen voor de instelling van 100% van het ultrasone vermogen na een verwerkingstijd van 15 minuten. De analyse van de resulterende gegevens geeft aan dat de mate van kieming en de gemiddelde kiemtijd aanzienlijk werden beïnvloed door de verschillende instellingen van het ultrasone vermogen tijdens de kiemtest. Alle experimenten resulteerden in een verhoogde kieming van de gerstzaden in vergelijking met de niet-gesoneerde controle (Fig. 1). De maximale gemiddelde kiemtijd werd geregistreerd bij de instelling van 20% van het vermogen en de minimale gemiddelde kiemtijd bij de instelling van 100% van het vermogen (Fig. 2).
Hogere kiemkracht en opbrengst met ultrasonics
Sonicatie heeft ook bewezen de zaadontkieming te verbeteren van kikkererwten, tarwe, tomaat, paprika, wortel, radijs, maïs, rijst, watermeloen, zonnebloem en vele andere.
Ultrasone apparatuur
Hielscher Ultrasonics levert betrouwbare high power ultrasone systemen voor laboratorium, bench-top en industrieel gebruik. Voor het zaaien en mouten op commerciële schaal raden we u onze industriële ultrasone systemen aan, zoals de UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) of UIP16000 (16kW). Doorstroomcelreactoren en accessoires maken ons assortiment compleet. Alle Hielscher systemen zijn uiterst robuust en gebouwd voor 24/7 gebruik.
Om het ultrasoon primen en ontkiemen van zaden te testen en te optimaliseren, bieden we je de mogelijkheid om ons volledig uitgeruste ultrasoon proceslaboratorium en technisch centrum te bezoeken!
Neem vandaag nog contact met ons op! We bespreken graag je proces met je!
UIP1000hdT
ultrasoon
- Versnelde ontkieming
- Hogere opbrengst
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Literatuur/referenties
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Enhancing seed germination of four crop species using an ultrasonic technique. Experimentele Landbouw, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): Een onderzoek naar gerst-eiwitsamenstelling tijdens het bierbrouwproces met SE-HPLC. Afstudeerproject aan de Universiteit van Kalmar, School voor Zuivere en Toegepaste Natuurwetenschappen, Zweden.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Toepassing van ultrasone golven als een primingtechniek voor het versnellen en verbeteren van de kieming van gerstzaad: optimalisatie van de methode door de Taguchi-benadering. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): De effectiviteit van ultrageluidbehandeling op de ontkiemingstimulatie van gerstzaad en de alfa-amylaseactiviteit ervan. International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineering 1/10, 2007.
Feiten over gerst & mout
Het moutproces
Bij het mouten ontkiemt de graankorrel en worden drie stappen doorlopen: weken, kiemen en branden. Tijdens het weken wordt water aan de korrels toegevoegd dat de enzymen activeert. Het conventionele weken duurt 1-2 dagen. Na 1-2 dagen hebben de gerstkorrels een watergehalte van 40-45% bereikt. Op dat moment wordt de gerst uit het weekwater gehaald en begint het kiemen.
Tijdens het ontkiemen worden verschillende enzymen gevormd of geactiveerd, die later in het maischproces essentieel zijn. β-glucanen worden afgebroken door endo-β-1,4-glucanase en endo-β-1,3-glucanase. Endo-β-1,4-glucanase zit al in gerst, maar endo-β-1,3-glucanase zit alleen in mout. Omdat de β-glucanen gelvormend zijn en daardoor problemen kunnen geven bij filtratie, is een hoog gehalte aan β-glucanase en een laag gehalte aan β-glucaan wenselijk in mout. Het zetmeelgehalte daalt en het suikergehalte stijgt tijdens het kiemen en het zetmeel wordt afgebroken door α-amylase en β-amylase. α-amylase is niet aanwezig in gerst; het wordt geproduceerd tijdens het kiemen, terwijl β-amylase al aanwezig is in gerst. Eiwitten worden ook afgebroken tijdens het kiemen. Peptidasen breken 35-40% van de eiwitten af tot oplosbaar materiaal. Na 5 tot 6 dagen is de kieming voltooid en worden de levensprocessen geïnactiveerd door middel van eesten. Bij het eesten wordt het water verwijderd door hete lucht door de mout te laten stromen. Dit stopt de kieming en modificaties, en in plaats daarvan worden kleur- en smaakverbindingen gevormd door Maillardreacties.
Enzymen in het mouten & Brouwproces
De belangrijkste enzymen voor de hydrolyse van zetmeel in gerst zijn de α-amylase en β-amylase enzymen die de hydrolyse van zetmeel in suikers katalyseren. De amylase breekt polysachariden af, namelijk zetmeel, tot maltose. β-amylase is aanwezig in een inactieve vorm vóór de kieming, terwijl α-amylase en proteasen verschijnen zodra de kieming is begonnen. Omdat α-amylase overal op het substraat kan werken, werkt het meestal sneller dan β-amylase. β-amylase katalyseert de hydrolyse van de tweede α-1,4 glycosidebinding, waardoor in één keer twee glucose-eenheden / maltose worden afgesplitst.
Andere enzymen, zoals proteasen, breken de eiwitten in het graan af in vormen die door gist kunnen worden gebruikt. Afhankelijk van wanneer het moutproces wordt gestopt, krijgt men een voorkeursverhouding tussen zetmeel en enzymen en wordt zetmeel gedeeltelijk omgezet in vergistbare suikers. Mout bevat ook kleine hoeveelheden andere suikers, zoals sacharose en fructose, die geen producten zijn van zetmeelmodificatie maar al in de korrel zaten. Verdere omzetting naar vergistbare suikers gebeurt tijdens het maischen.
Zetmeelhydrolyse
Tijdens de enzymatische hydrolyse katalyseren enzymen het versuikeringsproces, wat betekent dat de koolhydraten (zetmeel) worden opgesplitst in de samenstellende suikermoleculen. Door de hydrolyse wordt de energiebron (zetmeel) omgezet in suikers die door de kiem worden verbruikt om te groeien.
Eiwitten in Gerst
Gerst heeft een eiwitgehalte van 8 tot 15%. Gersteiwitten leveren een essentiële bijdrage aan de kwaliteit van de mout en het bier. Oplosbare eiwitten zijn belangrijk voor het behoud van de schuimkraag en de stabiliteit van het bier.
Arabinoxylanen en β-glucaan in gerst
Arabinoxylanen en β-glucaan zijn oplosbare voedingsvezels. Moutextracten kunnen hoge gehaltes arabinoxylanen bevatten, wat problemen kan veroorzaken tijdens de filtratie omdat viskeuze extracten de prestaties van de brouwprocessen aanzienlijk kunnen verslechteren. Voor het brouwproces kan een hoog gehalte aan β-glucaan in gerst leiden tot onvoldoende afbraak van celwanden, wat op zijn beurt de diffusie van enzymen, kieming en de mobilisatie van kernreserves belemmert, en dus het moutextract vermindert. Overblijvend β-glucaan kan ook leiden tot zeer viskeus wort, wat een probleem geeft bij de filtratie in de brouwerij, en het kan een rol spelen bij het rijpen van bier, wat waas veroorzaakt. Arabinoxylanen worden gevonden in de celwanden van gerst, haver, tarwe, rogge, maïs, rijst, sorghum en gierst. De extraheerbaarheid van zowel arabinoxylanen als β-glucaan wordt aanzienlijk verhoogd door sonicatie.
Antioxidanten in gerst
Gerst bevat meer dan 50 proanthocyanidinen, waaronder oligomere en polymere flavan-3-ol, catechine en gallocatechine. Dimere proanthocyanine B3 en procyanidine B3 komen het meest voor in gerst.
Antioxidanten staan bekend om hun vermogen om oxidatiereacties en vrije radicalenreacties van zuurstof te vertragen of te voorkomen, waardoor ze belangrijk zijn in het mout- en brouwproces. Antioxidanten (bijv. sulfieten, formaldehyde, ascorbaat) worden gebruikt als additieven in het brouwproces om de smaakstabiliteit van bier te verbeteren. Ongeveer 80% van de fenolverbindingen in bier zijn afkomstig van gerstemout.