Ultradźwiękowe słodowanie i kiełkowanie słodu

Fakty o jęczmieniu i słodzie

Proces słodowania

Podczas słodowania ziarno zboża kiełkuje, a proces obejmuje trzy etapy: moczenie, kiełkowanie i suszenie słodu. Podczas moczenia do ziarna dodaje się wodę, która aktywuje enzymy. Konwencjonalne moczenie trwa 1–2 dni. Po 1–2 dniach ziarna jęczmienia osiągają zawartość wody wynoszącą 40–45%. W tym momencie jęczmień wyjmuje się z wody użytej do moczenia i rozpoczyna się kiełkowanie.
Podczas kiełkowania powstaje lub zostaje aktywowanych kilka enzymów, które później są niezbędne w 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, natomiast endo-β-1,3-glukanaza występuje tylko w słodzie. Ponieważ β-glukany tworzą żele i przez to mogą powodować problemy z filtracją, pożądana jest wysoka zawartość β-glukanazy i niska zawartość β-glukanu w słodzie. Podczas kiełkowania zawartość skrobi maleje, a zawartość cukrów rośnie; skrobia jest rozkładana przez α-amylazę i β-amylazę. W jęczmieniu nie ma α-amylazy; jest ona wytwarzana podczas kiełkowania, natomiast β-amylaza jest już obecna w jęczmieniu. Podczas kiełkowania rozkładane są również białka. Peptydazy rozkładają 35 – 40 % białek do substancji rozpuszczalnych. Po 5–6 dniach kiełkowanie jest zakończone, a procesy życiowe ziarna zostają zahamowane przez suszenie słodu. Podczas suszenia wodę usuwa się, przepuszczając gorące powietrze przez słód. Zatrzymuje to kiełkowanie i przemiany, a zamiast tego w reakcjach Maillarda powstają związki nadające barwę i smak.

Enzymy w procesie słodowania i warzenia piwa

Najważniejszymi enzymami uczestniczącymi w hydrolizie skrobi w jęczmieniu są α-amylaza i β-amylaza, które katalizują hydrolizę skrobi do cukrów. Amylaza rozkłada polisacharydy, mianowicie skrobię, do maltozy. β-amylaza występuje w nieaktywnej postaci przed kiełkowaniem, natomiast α-amylaza i proteazy pojawiają się po rozpoczęciu kiełkowania. Ponieważ α-amylaza może działać w dowolnym miejscu substratu, zwykle działa szybciej niż β-amylaza. β-amylaza katalizuje hydrolizę drugiego wiązania α-1,4-glikozydowego, odszczepiając jednocześnie dwie jednostki glukozy / maltozę.
Inne enzymy, takie jak proteazy, rozkładają białka w ziarnie do form, które mogą być wykorzystywane przez drożdże. W zależności od momentu zatrzymania procesu słodowania uzyskuje się preferowany stosunek skrobi do enzymów oraz skrobię częściowo przekształconą w cukry ulegające fermentacji. Słód zawiera również niewielkie ilości innych cukrów, takich jak sacharoza i fruktoza, które nie są produktami przemian skrobi, lecz były już obecne w ziarnie. Dalsze przekształcanie w cukry ulegające fermentacji zachodzi podczas zacierania.

Hydroliza skrobi

Podczas hydrolizy enzymatycznej enzymy katalizują proces scukrzania, co oznacza, że węglowodany (skrobia) są rozkładane do składowych cząsteczek cukrów. W wyniku hydrolizy źródło energii (skrobia) zostaje przekształcone w cukry, które zarodek zużywa do wzrostu.

Białka w jęczmieniu

Zawartość białka w jęczmieniu wynosi od 8 do 15%. Białka jęczmienia mają zasadniczy wpływ na jakość słodu i piwa. Białka rozpuszczalne są ważne dla utrzymywania się i stabilności piany piwnej.

Arabinoksylany i β-glukan w jęczmieniu

Arabinoksylany i β-glukan są rozpuszczalnymi składnikami błonnika pokarmowego. Ekstrakty słodowe mogą zawierać duże ilości arabinoksylanów, które mogą powodować trudności podczas filtracji, ponieważ lepkie ekstrakty mogą znacznie pogarszać wydajność procesów piwowarskich. W procesie warzenia piwa wysoka zawartość β-glukanu w jęczmieniu może prowadzić do niedostatecznego rozkładu ścian komórkowych, co z kolei utrudnia dyfuzję enzymów, kiełkowanie i mobilizację substancji zapasowych ziarna, a tym samym zmniejsza ilość uzyskiwanego ekstraktu słodowego. Pozostały β-glukan może również prowadzić do powstawania brzeczki o wysokiej lepkości, powodując problemy z filtracją w browarze, a także może uczestniczyć w dojrzewaniu piwa, powodując zmętnienie na zimno. Arabinoksylany występują w ścianach komórkowych jęczmienia, owsa, pszenicy, żyta, kukurydzy, ryżu, sorga i prosa. Sonikacja znacznie zwiększa podatność zarówno arabinoksylanów, jak i β-glukanu na ekstrakcję.

Przeciwutleniacze w jęczmieniu

Jęczmień zawiera ponad 50 proantocyjanidyn, w tym oligomeryczny i polimeryczny flawan-3-ol, katechinę i gallokatechinę. Dimeryczna proantocyjanina B3 i procyjanidyna B3 występują w jęczmieniu najobficiej.
Przeciwutleniacze są znane ze 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 piwa w celu poprawy stabilności jego smaku. Około 80% związków fenolowych w piwie pochodzi ze słodu jęczmiennego.