Maltagem ultrassónica e germinação do malte
- A maltagem é um processo moroso: a imersão e a hidratação das sementes de cereais demoram muito tempo e produzem, na maioria dos casos, resultados desiguais.
- A ultrassonicação pode melhorar significativamente a velocidade, a taxa e o rendimento da germinação da cevada.
Produção de malte
O malte / cereal maltado é amplamente utilizado para produzir cerveja, whisky, batidos com malte e vinagre de malte, bem como enquanto aditivo alimentar. Durante o processo de maltagem, o cereal seco (por exemplo, cevada) é imerso em água para iniciar a germinação. Durante a germinação, são libertadas enzimas existentes, são produzidas novas enzimas e as paredes celulares do endosperma são rompidas para libertar o conteúdo das células, bem como para decompor parte das proteínas armazenadas em aminoácidos. Quando se atinge um determinado grau de germinação, o processo de germinação é interrompido por um processo de secagem. A maltagem dos cereais permite desenvolver as enzimas – nomeadamente α-amilase e β-amilase – necessárias para transformar os amidos do cereal em açúcares. Os vários tipos de açúcar incluem o monossacárido glucose, o dissacárido maltose, o trissacárido maltotriose e açúcares superiores denominados maltodextrinas. A imersão e a germinação do cereal são bastante demoradas, uma vez que a imersão demora 1–2 dias e a germinação demora mais 4–6 dias. Isto torna a produção de malte morosa e dispendiosa.
Cevada em germinação
Maltagem melhorada por ultrassons
A solução: sonicação
- A sonicação melhora a capacidade e a velocidade de germinação dos grãos de cevada.
Os efeitos dos ultrassons:
- Imersão mais rápida e melhor
- Germinação mais rápida
- Germinação mais completa
- Ativação de enzimas
- Maior taxa de extração
- Malte de elevada qualidade
Estes efeitos iniciados por ultrassons são causados por uma atividade enzimática melhorada e por microfissuras induzidas pela cavitação ultrassónica na semente. O grão de cevada pode absorver mais água num período de tempo mais curto, levando a uma hidratação significativamente melhorada das sementes. Uma hidratação rápida e uma germinação uniforme são importantes para uma boa qualidade da maltagem, uma vez que as sementes não germinadas são suscetíveis a danos causados por bactérias e fungos.
A maltagem é um processo complexo que envolve muitas enzimas; entre as mais importantes encontram-se a α-amilase, a β-amilase, a α-glucosidase e a dextrina limite. Durante a maltagem, a cevada passa por um processo de germinação natural incompleto que envolve uma série de degradações enzimáticas do endosperma do grão de cevada. Como resultado desta degradação enzimática, as paredes celulares do endosperma são degradadas e os grânulos de amido são libertados da matriz do endosperma em que estão incorporados. Os ultrassons ativam as enzimas e melhoram a taxa de extração do material intracelular, por exemplo, amido e proteínas. As moléculas de arabinoxilano tendem a formar agregados macromoleculares nas soluções diluídas de polissacáridos. A ultrassonicação ajuda a reduzir eficazmente os agregados de polissacáridos. A degradação do polissacárido amido produz hidratos de carbono fermentescíveis. Estes hidratos de carbono são convertidos em álcool na etapa de fermentação da produção de cerveja.
Todos estes efeitos ultrassónicos sobre os processos bioquímicos durante a maltagem resultam num tempo de germinação mais curto e numa maior taxa / maior rendimento de germinação. A redução do período de germinação resulta em benefícios comerciais significativos para a indústria de maltagem e de produção de cerveja.
Yaldagard et al. (2008) demonstraram que os ultrassons “têm potencial para serem utilizados nos processos de maltagem como método de tratamento de sementes para reduzir o período de germinação e melhorar a percentagem de germinação total.”
Germinação mais rápida por sonicação
Protocolo de pré-condicionamento ultrassónico de sementes de cevada
Sementes de cevada Hordeum vulgare (teor de humidade de 9%; armazenadas à temperatura ambiente durante 3 meses após a colheita)
Dispositivo ultrassónico UP200H (200W, 24kHz) equipado com sonotrodo S3 (forma radial, diâmetro de 3mm, profundidade máx. de imersão de 90mm)
Protocolo:
A ponta do sonotrodo foi imersa aproximadamente 9 mm na solução de processo constituída por água e sementes de cevada. Todas as experiências foram realizadas com amostras (10 g de sementes de cevada) dispersas em 80 mL de água da torneira, com sonicação direta (sistema de sonda) a uma potência de entrada de 20, 60 e 100%, com agitação adicional. Este procedimento foi utilizado para evitar ondas estacionárias ou a formação de regiões sem sólidos, de modo a obter uma distribuição uniforme das ondas ultrassónicas. O dispositivo ultrassónico foi configurado para o modo pulsado, utilizando um controlo do ciclo de trabalho, a fim de reduzir a formação de radicais livres. O ciclo foi definido para 50% em todas as experiências. A solução foi processada a uma temperatura constante de 30°C durante 5, 10 e 15 min. [Yaldagard et al. 2008]
Resultados:
Os tratamentos ultrassónicos resultam numa maior hidratação e numa germinação mais rápida em menos tempo.
A germinação mais elevada das sementes (aproximadamente 100%) foi registada com a definição de potência de 100%. Para as sementes sonicadas durante 5, 10 e 15 min à potência máxima (definição de potência de 100% do dispositivo), a taxa de germinação aumentou de ~93,3% (sementes não sonicadas) para 97,2%, 98% e 99,4%, respetivamente. Estes resultados podem ser atribuídos aos efeitos mecânicos da cavitação induzida por ultrassons, que aumenta a absorção de água pelas paredes celulares. A sonicação melhora a transferência de massa e facilita a penetração da água através da parede celular para o interior da célula. O colapso das bolhas de cavitação junto das paredes celulares rompe a estrutura celular e permite uma boa transferência de massa devido aos jatos de líquido ultrassónicos.
O método reduziu consideravelmente o tempo necessário para iniciar a germinação das sementes. As raízes finas surgiram mais rapidamente nas amostras tratadas e cresceram abundantemente em comparação com as sementes não sonicadas. Ao utilizar cevada tratada como descrito acima, o período de germinação foi reduzido dos habituais 7 dias para 4 a 5 dias (dependendo da potência ultrassónica e do tempo de exposição). Além disso, após um tempo de processamento de 15 min, o tempo médio de germinação diminuiu de 6,66 dias para a definição de potência de 20% para 4,04 dias para a definição de potência ultrassónica de 100%. A análise dos dados obtidos indica que a extensão da germinação e o tempo médio de germinação foram significativamente afetados pelas diferentes definições de potência ultrassónica durante o ensaio de germinação. Todas as experiências resultaram numa maior germinação das sementes de cevada em comparação com o controlo não sonicado (Fig. 1). O tempo médio máximo de germinação foi registado para a definição de potência de 20% e o tempo médio mínimo de germinação foi registado para a definição de potência de 100% (Fig. 2).
Maior taxa e maior rendimento de germinação com ultrassons
Está também comprovado que a sonicação melhora a germinação de sementes de grão-de-bico, trigo, tomate, pimento, cenoura, rabanete, milho, arroz, melancia, girassol e muitas outras.
Equipamento ultrassónico
A Hielscher Ultrasonics fornece sonicadores de alta potência fiáveis para utilização em laboratório, em bancada e na indústria. Para o pré-tratamento de sementes e a maltagem à escala comercial, recomendamos os nossos sistemas ultrassónicos industriais, como o UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4kW), UIP10000 (10kW) ou UIP16000 (16kW). Uma variedade de reatores de célula de fluxo e acessórios completa a nossa gama de produtos. Todos os sistemas Hielscher são extremamente robustos e concebidos para funcionamento 24/7.
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Bibliografia/Referências
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Melhoria da germinação de sementes de quatro espécies cultivadas utilizando uma técnica ultrassónica. Experimental Agriculture, 46/02, 2010. 231–242.
- Nilsson, Frida (2009): Estudo da composição proteica da cevada durante o processo de produção de cerveja utilizando SE-HPLC. Trabalho de conclusão de curso na Universidade de Kalmar, Escola de Ciências Naturais Puras e Aplicadas, Suécia.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Aplicação de ondas ultrassónicas como técnica de pré-tratamento para acelerar e melhorar a germinação de sementes de cevada: otimização do método pela abordagem de Taguchi. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14–21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Eficácia do tratamento por ultrassons na estimulação da germinação de sementes de cevada e na sua atividade de alfa-amilase. Revista Internacional de Engenharia Biológica, Biomolecular, Agrícola, Alimentar e Biotecnológica 1/10, 2007.
Factos sobre a cevada e o malte
O processo de maltagem
Na maltagem, o grão de cereal germina e o processo envolve três etapas: imersão, germinação e secagem em estufa. Durante a imersão, adiciona-se água aos grãos, o que ativa as enzimas. A imersão convencional demora 1–2 dias. Após 1–2 dias, os grãos de cevada atingem um teor de água de 40–45%. Neste ponto, a cevada é retirada da água de imersão e inicia-se a germinação.
Durante a germinação, formam-se ou são ativadas várias enzimas que, posteriormente, são essenciais no processo de brassagem. Os β-glucanos são decompostos pela endo-β-1,4-glucanase e pela endo-β-1,3-glucanase. A endo-β-1,4-glucanase já está presente na cevada, mas a endo-β-1,3-glucanase só está presente no malte. Uma vez que os β-glucanos formam géis e, por isso, podem causar problemas de filtração, é desejável que o malte tenha um teor elevado de β-glucanase e um teor baixo de β-glucano. O teor de amido diminui e o teor de açúcar aumenta durante a germinação, e o amido é degradado pela α-amilase e pela β-amilase. A α-amilase não está presente na cevada; é produzida durante a germinação, enquanto a β-amilase já está presente na cevada. As proteínas também são degradadas durante a germinação. As peptidases degradam 35 – 40 % das proteínas em material solúvel. Após 5 a 6 dias, a germinação está concluída e os seus processos vitais são inativados pela secagem em estufa. Na secagem em estufa, a água é removida fazendo passar ar quente através do malte. Isto interrompe a germinação e as modificações, passando a formar-se compostos de cor e sabor através de reações de Maillard.
Enzimas no processo de maltagem e de produção de cerveja
As enzimas mais importantes para a hidrólise do amido da cevada são a α-amilase e a β-amilase, que catalisam a hidrólise do amido em açúcares. A amilase degrada os polissacáridos, nomeadamente o amido, em maltose. A β-amilase está presente numa forma inativa antes da germinação, enquanto a α-amilase e as proteases surgem depois de a germinação ter começado. Uma vez que a α-amilase pode atuar em qualquer ponto do substrato, tende a atuar mais rapidamente do que a β-amilase. A β-amilase catalisa a hidrólise da segunda ligação glicosídica α-1,4, separando duas unidades de glucose / maltose de uma só vez.
Outras enzimas, como as proteases, decompõem as proteínas do grão em formas que podem ser utilizadas pela levedura. Dependendo do momento em que se interrompe o processo de maltagem, obtém-se uma proporção preferida de amido / enzimas e amido parcialmente convertido em açúcares fermentescíveis. O malte também contém pequenas quantidades de outros açúcares, como sacarose e frutose, que não são produtos da modificação do amido, mas já estavam presentes no grão. A conversão adicional em açúcares fermentescíveis ocorre durante o processo de brassagem.
Hidrólise do amido
Durante a hidrólise enzimática, as enzimas catalisam o processo de sacarificação, o que significa que os hidratos de carbono (amido) são decompostos nas moléculas de açúcar que os constituem. Através da hidrólise, o recurso energético (amido) é convertido em açúcares que são consumidos pelo gérmen para crescer.
Proteínas na cevada
A cevada tem um teor de proteínas de 8 a 15%. As proteínas da cevada contribuem de forma essencial para a qualidade do malte e da cerveja. As proteínas solúveis são importantes para a retenção e a estabilidade da espuma da cerveja.
Arabinoxilanos e β-glucano na cevada
Os arabinoxilanos e o β-glucano são fibras alimentares solúveis. Os extratos de malte podem conter níveis elevados de arabinoxilanos, que podem causar dificuldades durante a filtração, uma vez que os extratos viscosos podem prejudicar significativamente o desempenho dos processos de produção de cerveja. No processo de produção de cerveja, um teor elevado de β-glucano na cevada pode levar a uma degradação insuficiente das paredes celulares, o que, por sua vez, dificulta a difusão de enzimas, a germinação e a mobilização das reservas do grão, reduzindo assim o extrato de malte. O β-glucano residual também pode dar origem a um mosto muito viscoso, causando um problema de filtração na cervejeira, e pode participar na maturação da cerveja, causando turvação a frio. Os arabinoxilanos encontram-se nas paredes celulares da cevada, da aveia, do trigo, do centeio, do milho, do arroz, do sorgo e do milho-miúdo. A capacidade de extração tanto dos arabinoxilanos como do β-glucano aumenta significativamente com a sonicação.
Antioxidantes na cevada
A cevada contém mais de 50 proantocianidinas, incluindo flavan-3-ol oligomérico e polimérico, catequina e galocatequina. A proantocianina B3 dimérica e a procianidina B3 são as mais abundantes na cevada.
Os antioxidantes são conhecidos pela sua capacidade de retardar ou impedir reações de oxidação e reações de radicais livres de oxigénio, o que os torna importantes no processo de maltagem e de produção de cerveja. Os antioxidantes (por exemplo, sulfitos, formaldeído, ascorbato) são utilizados como aditivos no processo de produção de cerveja para melhorar a estabilidade do sabor da cerveja. Cerca de 80% dos compostos fenólicos da cerveja provêm do malte de cevada.