Ultrasonic Malting and Malt Germination

  • Słodowanie jest procesem czasochłonnym: moczenie i nawadnianie ziaren zbóż zajmuje dużo czasu, a rezultaty są przeważnie nierówne.
  • Dzięki ultradźwiękom można znacznie poprawić szybkość kiełkowania, szybkość i wydajność jęczmienia.

Produkcja słodu

Słód / ziarno słodowe jest szeroko stosowane do produkcji piwa, whisky, koktajli słodowych, octu słodowego, a także jako dodatek do żywności. Podczas procesu słodowania suszone ziarno (np. jęczmień) jest moczone w wodzie, aby rozpocząć kiełkowanie. Podczas kiełkowania uwalniane są istniejące enzymy, wytwarzane są nowe enzymy, a ściany komórkowe bielma są rozbijane w celu uwolnienia ich zawartości komórkowej, a także rozbicia części zmagazynowanego białka na aminokwasy. Po osiągnięciu pewnego stopnia kiełkowania, proces kiełkowania jest zatrzymywany przez proces suszenia. Poprzez słodowanie ziarna, enzymy – a mianowicie α-amylaza i β-amylaza – Wymagane do modyfikacji skrobi ziarna w cukry są rozwijane. Różne rodzaje cukrów obejmują monosacharyd glukozę, disacharyd maltozę, trisacharyd maltotriozę i wyższe cukry zwane maltodekstrynami. Namaczanie i kiełkowanie ziarna jest dość czasochłonne, biorąc pod uwagę, że namaczanie trwa 1-2 dni, a kiełkowanie zajmuje dodatkowe 4-6 dni. To sprawia, że produkcja słodu jest czasochłonna i kosztowna.

Sonikacja poprawia zdolność kiełkowania

Kiełkujący jęczmień

Słodowanie ulepszone ultradźwiękami

Rozwiązanie: Sonikacja

  • Sonikacja poprawia zdolność i szybkość kiełkowania ziaren jęczmienia.

Efekty działania ultradźwięków:

  • Szybsze i lepsze namaczanie
  • Szybsze kiełkowanie
  • Pełniejsze kiełkowanie
  • Aktywacja enzymów
  • Wyższy współczynnik ekstrakcji
  • Wysokiej jakości słód

Te zainicjowane ultradźwiękami efekty są spowodowane poprawioną aktywnością enzymatyczną i mikropęknięciami wywołanymi przez Kawitacja ultradźwiękowa na nasionach. Ziarno jęczmienia może wchłonąć więcej wody w krótszym czasie, co prowadzi do znacznej Lepsze nawilżenie nasion. Szybkie nawodnienie i równomierne kiełkowanie są ważne dla dobrej jakości słodu, ponieważ niekiełkowane nasiona są podatne na uszkodzenia bakteryjne i grzybicze.
Słodowanie jest złożonym procesem, który obejmuje wiele enzymów; ważne z nich to α-amylaza, β-amylaza, α-glukozydaza i limit dekstryny. Podczas słodowania jęczmień przechodzi niekompletny naturalny proces kiełkowania, który obejmuje szereg enzymatycznych degradacji bielma ziarna jęczmienia. W wyniku tej degradacji enzymatycznej ściany komórkowe bielma ulegają degradacji, a granulki skrobi są uwalniane z matrycy bielma, w której są osadzone. Ultradźwięki aktywują enzymy i poprawiają szybkość ekstrakcji materiału wewnątrzkomórkowego, np. skrobi, białek. Cząsteczki arabinoksylanu mają tendencję do tworzenia agregatów wielkocząsteczkowych w rozcieńczonych roztworach polisacharydów. Ultradźwięki pomagają skutecznie redukować agregaty polisacharydów. W wyniku degradacji skrobi polisacharydowej powstają fermentowalne węglowodany. Takie węglowodany są przekształcane w alkohol na etapie fermentacji produkcji piwa.

Wszystkie te ultradźwiękowe efekty na procesy biochemiczne podczas słodowania skutkują Krótszy czas kiełkowania oraz wyższa szybkość kiełkowania / wydajność. Skrócenie okresu kiełkowania skutkuje znaczącym korzyści handlowe dla przemysłu słodowego i piwowarskiego.

Yaldagard et al. (2008) wykazali, że ultradźwięki “ma potencjał do wykorzystania w procesach słodowania jako metoda obróbki nasion w celu skrócenia okresu kiełkowania i poprawy procentu całkowitego kiełkowania.”

Yaldagard et al. 2008 badali ultradźwiękowo ulepszone kiełkowanie nasion jęczmienia.

Szybsze kiełkowanie dzięki sonikacji

Ultradźwiękowy protokół zalewania nasion jęczmienia

Materiał:
Nasiona jęczmienia Hordeum vulgare (9% wilgotności; przechowywane w temperaturze pokojowej przez 3 miesiące po zbiorach)
Urządzenie ultradźwiękowe UP200H (200W, 24kHz) wyposażone w sonotrodę S3 (kształt promieniowy, średnica 3mm, maks. głębokość zanurzenia 90mm)

Protokół:
Końcówka sondy była zanurzona na około 9 mm w roztworze technologicznym składającym się z wody i nasion jęczmienia. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono na próbkach (10 g nasion jęczmienia) rozproszonych w 80 ml wody z kranu z bezpośrednią sonikacją (system sondy) przy mocy wejściowej 20, 60 i 100%, z dodatkowym mieszaniem lub wytrząsaniem. Zostało to zastosowane w celu uniknięcia fal stojących lub tworzenia się obszarów wolnych od ciał stałych w celu równomiernego rozprowadzenia fal ultradźwiękowych. Urządzenie ultradźwiękowe zostało ustawione na tryb pulsacji, przy użyciu kontroli cyklu pracy, w celu zmniejszenia powstawania wolnych rodników. Cykl został ustawiony na 50% dla wszystkich eksperymentów. Roztwór przetwarzano w stałej temperaturze 30°C przez 5, 10 i 15 minut. [Yaldagard et al. 2008].

Wyniki:
Zabiegi ultradźwiękowe skutkują wyższym nawodnieniem i szybszym kiełkowaniem w krótszym czasie.
Najwyższe kiełkowanie nasion (około 100%) odnotowano przy ustawieniu 100% mocy. W przypadku nasion poddanych działaniu ultradźwięków przez 5, 10 i 15 minut przy pełnej mocy (100% ustawienia mocy urządzenia), szybkość kiełkowania została zwiększona z ~93,3% (nasiona nie poddane działaniu ultradźwięków) do odpowiednio 97,2%, 98% i 99,4%. Wyniki te można przypisać efektom mechanicznym spowodowanym kawitacją wywołaną ultradźwiękami, zwiększającą pobór wody przez ściany komórkowe. Sonikacja zwiększa transfer masy i ułatwia przenikanie wody przez ścianę komórkową do wnętrza komórki. Zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych w pobliżu ścian komórkowych zaburza strukturę komórkową i umożliwia dobry transfer masy dzięki ultradźwiękowym strumieniom cieczy.
Metoda ta znacznie skróciła czas wymagany do rozpoczęcia kiełkowania nasion. Korzenie włosowe pojawiły się szybciej w próbkach poddanych działaniu ultradźwięków i rosły obficie w porównaniu do nasion nie poddanych działaniu ultradźwięków. W przypadku stosowania jęczmienia traktowanego jak powyżej, okres kiełkowania został skrócony do 4 do 5 dni (w zależności od mocy ultradźwięków i czasu ekspozycji) ze zwykłych 7 dni. Ponadto średni czas kiełkowania zmniejszył się z 6,66 dnia dla ustawienia mocy 20% do 4,04 dnia dla ustawienia mocy ultradźwiękowej 100% po czasie przetwarzania wynoszącym 15 minut. Analiza uzyskanych danych wskazuje, że zakres kiełkowania i średni czas kiełkowania były znacząco zależne od różnych ustawień mocy ultradźwięków podczas testu kiełkowania. Wszystkie eksperymenty zaowocowały zwiększonym kiełkowaniem nasion jęczmienia w porównaniu z kontrolą bez sonikacji (ryc. 1). Maksymalny średni czas kiełkowania odnotowano dla ustawienia mocy 20%, a minimalny średni czas kiełkowania odnotowano dla ustawienia mocy 100% (ryc. 2).

Wyższa wydajność dzięki słodowaniu ultradźwiękowemu.

Wyższy wskaźnik kiełkowania i wydajność dzięki ultradźwiękom

Udowodniono również, że sonikacja poprawia kiełkowanie nasion ciecierzycy, pszenicy, pomidorów, papryki, marchwi, rzodkiewki, kukurydzy, ryżu, arbuza, słonecznika i wielu innych.

sprzęt ultradźwiękowy

Hielscher Ultrasonics dostarcza niezawodne ultrasonografy o dużej mocy do zastosowań laboratoryjnych, stołowych i przemysłowych. Do zalewania nasion i słodowania na skalę komercyjną polecamy nasze przemysłowe systemy ultradźwiękowe, takie jak UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) lub UIP16000 (16kW). Reaktory z komorą przepływową i akcesoria uzupełniają naszą ofertę. Wszystkie systemy Hielscher są niezwykle wytrzymałe i przystosowane do pracy w trybie 24/7.
Aby przetestować i zoptymalizować ultradźwiękowe gruntowanie i kiełkowanie nasion, oferujemy możliwość odwiedzenia naszego w pełni wyposażonego laboratorium ultradźwiękowego i centrum technicznego!
Skontaktuj się z nami już dziś! Z przyjemnością omówimy z Tobą ten proces!

Zapytanie o informacje





UIP

UIP1000hdT

Ulepszone kiełkowanie przez
Ultradźwięki

  • Przyspieszone kiełkowanie
  • Higher yield

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z formularza poniżej, jeśli chcesz zażądać dodatkowych informacji na temat ultradźwiękowej homogenizacji. Chętnie zaoferujemy Państwu system ultradźwiękowy, spełniający Państwa wymagań.









Zwróć uwagę na nasze polityka prywatności.


Literature/References



Fakty na temat jęczmienia & Słód

Proces słodowania

W procesie słodowania ziarna zbóż kiełkują i obejmuje on trzy etapy: namaczanie, kiełkowanie i suszenie. Podczas namaczania do ziaren dodawana jest woda, która aktywuje enzymy. Konwencjonalne moczenie trwa 1-2 dni. Po 1-2 dniach ziarna jęczmienia osiągają zawartość wody na poziomie 40-45%. W tym momencie jęczmień jest usuwany z wody i rozpoczyna się kiełkowanie.
Podczas kiełkowania powstaje lub aktywuje się kilka enzymów, które są niezbędne w późniejszym procesie zacierania. β-glukany są rozkładane przez endo-β-1,4-glukanazę i endo-β-1,3-glukanazę. Endo-β-1,4-glukanaza jest już obecna w jęczmieniu, ale endo-β-1,3-glukanaza jest obecna tylko w słodzie. Ponieważ β-glukany tworzą żel i mogą powodować problemy z filtracją, pożądana jest wysoka zawartość β-glukanazy i niska zawartość β-glukanu w słodzie. Zawartość skrobi spada, a zawartość cukru wzrasta podczas kiełkowania, a skrobia jest rozkładana przez α-amylazę i β-amylazę. W jęczmieniu nie ma α-amylazy; jest ona wytwarzana podczas kiełkowania, podczas gdy β-amylaza jest już obecna w jęczmieniu. Białka są również degradowane podczas kiełkowania. Peptydazy degradują 35 - 40% białek do rozpuszczalnego materiału. Po 5-6 dniach kiełkowanie jest zakończone, a jego procesy życiowe są dezaktywowane przez suszenie. Podczas suszenia woda jest usuwana poprzez przepuszczanie gorącego powietrza przez słód. Zatrzymuje to kiełkowanie i modyfikacje, a zamiast tego w wyniku reakcji Maillarda powstają związki barwne i smakowe.

Enzymy w słodowaniu & Proces warzenia piwa

Najważniejszymi enzymami hydrolizy skrobi w jęczmieniu są enzymy α-amylaza i β-amylaza, które katalizują hydrolizę skrobi do cukrów. Amylaza degraduje polisacharydy, a mianowicie skrobię, do maltozy. β-amylaza jest obecna w nieaktywnej formie przed kiełkowaniem, podczas gdy α-amylaza i proteazy pojawiają się po rozpoczęciu kiełkowania. Ponieważ α-amylaza może działać w dowolnym miejscu substratu, ma tendencję do szybszego działania niż β-amylaza. β-amylaza katalizuje hydrolizę drugiego wiązania α-1,4-glikozydowego, rozszczepiając jednocześnie dwie jednostki glukozy/maltozy.
Inne enzymy, takie jak proteazy, rozkładają białka w ziarnie na formy, które mogą być wykorzystane przez drożdże. W zależności od tego, kiedy proces słodowania zostanie zatrzymany, uzyskuje się preferowany stosunek skrobi do enzymów i częściowo przekształconą skrobię w fermentowalne cukry. Słód zawiera również niewielkie ilości innych cukrów, takich jak sacharoza i fruktoza, które nie są produktami modyfikacji skrobi, ale znajdowały się już w ziarnie. Dalsza konwersja do cukrów fermentowalnych odbywa się podczas procesu zacierania.

Hydroliza skrobi

Podczas hydrolizy enzymatycznej enzymy katalizują proces scukrzania, co oznacza, że węglowodany (skrobia) są rozbijane na składowe cząsteczki cukru. W wyniku hydrolizy źródło energii (skrobia) jest przekształcane w cukry, które są zużywane przez zarodek do wzrostu.

Białka w jęczmieniu

Jęczmień zawiera od 8 do 15% białka. Białka jęczmienia mają zasadniczy wpływ na jakość słodu i piwa. Rozpuszczalne białka są ważne dla utrzymania piany i stabilności piwa.

Arabinoksylany i β-glukan w jęczmieniu

Arabinoksylany i β-glukan są rozpuszczalnymi błonnikami pokarmowymi. Ekstrakty słodowe mogą zawierać wysoki poziom arabinoksylanów, co może powodować trudności podczas filtracji, ponieważ lepkie ekstrakty mogą znacznie pogorszyć wydajność procesów warzenia. W procesie warzenia wysoka zawartość β-glukanu w jęczmieniu może prowadzić do niewystarczającej degradacji ścian komórkowych, co z kolei utrudnia dyfuzję enzymów, kiełkowanie i mobilizację rezerw jądra, a tym samym zmniejsza ekstrakt słodowy. Pozostałości β-glukanu mogą również prowadzić do wysokiej lepkości brzeczki, powodując problem z filtracją w browarze, a także mogą uczestniczyć w dojrzewaniu piwa, powodując zamglenie. Arabinoksylany występują w ścianach komórkowych jęczmienia, owsa, pszenicy, żyta, kukurydzy, ryżu, sorgo i prosa. Ekstrahowalność zarówno arabinoksylanów, jak i β-glukanu jest znacznie zwiększona przez sonikację.

Przeciwutleniacze w jęczmieniu

Jęczmień zawiera ponad 50 proantocyjanidyn, w tym oligomeryczny i polimeryczny flawan-3-ol, katechinę i galokatechinę. Dimeryczna proantocyjanina B3 i procyjanidyna B3 są najbardziej rozpowszechnione w jęczmieniu.
Przeciwutleniacze są znane ze swojej zdolności do opóźniania lub zapobiegania reakcjom utleniania i reakcjom wolnych rodników tlenowych, co czyni je ważnymi w procesie słodowania i warzenia piwa. Przeciwutleniacze (np. siarczyny, formaldehyd, askorbinian) są stosowane jako dodatki w procesie warzenia w celu poprawy stabilności smaku piwa. Około 80% związków fenolowych w piwie pochodzi ze słodu jęczmiennego.

Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.