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Maltagem por ultra-sons e germinação do malte

  • A maltagem é um processo moroso: a demolha e a hidratação dos grãos de cereal demoram muito tempo e obtêm-se resultados geralmente desiguais.
  • Por ultra-sons, a velocidade de germinação, a taxa e o rendimento da cevada podem ser significativamente melhorados.

Produção de malte

O malte / grão maltado é amplamente utilizado para fazer cerveja, whisky, batidos de malte, vinagre de malte, bem como aditivo alimentar. Durante o processo de maltagem, o grão seco (por exemplo, a cevada) é embebido em água para iniciar a germinação. Durante a germinação, as enzimas existentes são libertadas, são produzidas novas enzimas e as paredes celulares do endosperma são quebradas para libertar o seu conteúdo celular, bem como para decompor algumas das proteínas armazenadas em aminoácidos. Quando se atinge um certo grau de germinação, o processo de germinação é interrompido por um processo de secagem. Ao maltear os grãos, as enzimas – nomeadamente a α-amilase e a β-amilase – necessários para transformar os amidos dos cereais em açúcares. Os vários tipos de açúcar incluem o monossacárido glucose, o dissacárido maltose, o trissacárido maltotriose e açúcares superiores denominados maltodextrinas. A maceração e a germinação do grão são bastante demoradas, uma vez que a maceração demora 1-2 dias e a germinação demora mais 4-6 dias. Este facto torna a produção de malte morosa e dispendiosa.

A sonicação melhora a capacidade de germinação

Cevada em germinação

Maltagem melhorada por ultra-sons

A solução: Sonicação

  • A sonicação melhora a capacidade e a velocidade de germinação dos grãos de cevada.

Os efeitos dos ultra-sons:

  • Mais rápido e melhor imersão
  • Germinação mais rápida
  • Germinação mais completa
  • Ativação de Enzimas
  • maior taxa de extração
  • Malte de alta qualidade

Estes efeitos iniciados por ultra-sons são causados por uma atividade enzimática melhorada e por microfissuras induzidas por Cavitação ultra-sónica na semente. O grão de cevada pode absorver mais água num período de tempo mais curto, levando a uma Melhoria da hidratação das sementes. Uma hidratação rápida e uma germinação homogénea são importantes para uma boa qualidade de malte, uma vez que as sementes não germinadas são propensas a danos causados por bactérias e fungos.
A maltagem é um processo complexo que envolve muitas enzimas; as mais importantes são 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 embebidos. Os ultra-sons activam 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 polissacarídeos. Ultrasonication ajuda a reduzir os agregados de polissacarídeos de forma eficaz. Através da degradação do amido polissacárido, são produzidos hidratos de carbono fermentáveis. Estes hidratos de carbono são convertidos em álcool na fase de fermentação do fabrico da cerveja.

Todos estes efeitos ultra-sónicos nos processos bioquímicos durante a maltagem resultam numa tempo de germinação mais curto e um maior taxa de germinação / rendimento. O encurtamento do período de germinação resulta em benefícios comerciais para a indústria do malte e da cerveja.

Yaldagard et al. (2008) demonstrou que os ultra-sons “tem potencial para ser utilizado em processos de maltagem como um método de tratamento de sementes para reduzir o período de germinação e melhorar a percentagem de germinação total.”

Yaldagard et al. 2008 investigaram a germinação ultrassonicamente melhorada de sementes de cevada.

Germinação mais rápida por sonicação

Protocolo de preparação de sementes de cevada por ultra-sons

Material:
Sementes de cevada Hordeum vulgare (9% de humidade; conservado à temperatura ambiente durante 3 meses após a colheita)
Dispositivo ultrassónico UP200H (200W, 24kHz) equipado com sonotrodo S3 (forma radial, 3mm de diâmetro, profundidade máxima de imersão 90mm)

Protocolo:
A ponta da sonda foi imersa cerca de 9 mm na solução do processo que consiste na água e nas sementes de cevada. Todas as experiências foram realizadas em 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 ou agitação. Isto foi utilizado para evitar ondas estacionárias ou a formação de regiões livres de sólidos para uma distribuição uniforme das ondas ultra-sónicas. O dispositivo ultrassónico foi ajustado para o modo de pulsação, utilizando um controlo do ciclo de trabalho, a fim de reduzir a formação de radicais livres. O ciclo foi fixado em 50% para todas as experiências. A solução foi processada a uma temperatura constante de 30°C durante 5, 10 e 15 minutos. [Yaldagard et al. 2008]

Resultados:
Os tratamentos ultra-sónicos resultam numa maior hidratação e numa germinação mais rápida em menos tempo.
A maior germinação de sementes (aproximadamente 100%) foi registada na configuração de 100% de potência. Para as sementes sonicadas por 5, 10 e 15 min a plena potência (100% de ajuste de potência do dispositivo), a taxa de germinação foi aumentada de ~ 93,3% (sementes não-sonicadas) para 97,2%, 98% e 99,4%, respetivamente. Estes resultados podem ser atribuídos a efeitos mecânicos devido à cavitação induzida por ultra-sons que aumenta a absorção de água pelas paredes celulares. A sonicação aumenta 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 perto das paredes celulares perturba a estrutura celular e permite uma boa transferência de massa devido aos jactos de líquido ultra-sónicos.
O método reduziu consideravelmente o tempo necessário para iniciar a germinação das sementes. As raízes capilares apareceram mais rapidamente nas amostras tratadas e cresceram abundantemente em comparação com as sementes não-sonicadas. Quando se utiliza cevada tratada como acima referido, o período de germinação foi encurtado para 4 a 5 dias (dependendo da potência ultra-sónica e do tempo de exposição) em relação aos 7 dias habituais. Além disso, o tempo médio de germinação diminuiu de 6,66 dias para a potência de 20% para 4,04 dias para a potência ultra-sónica de 100% após um tempo de processamento de 15 minutos. A análise dos dados resultantes indica que a extensão da germinação e o tempo médio de germinação foram significativamente afectados pelas diferentes definições de potência ultra-sónica durante o teste de germinação. Todas as experiências resultaram num aumento da germinação das sementes de cevada em comparação com o controlo não sonicado (Fig. 1). O tempo médio de germinação máximo foi registado para a potência de 20% e o tempo médio de germinação mínimo foi registado para a potência de 100% (Fig. 2).

Maior rendimento por maltagem ultra-sónica.

Maior taxa de germinação e rendimento com ultra-sons

Está também provado que a sonicação melhora a germinação de sementes de grão-de-bico, trigo, tomate, pimento, cenoura, rabanete, milho, arroz, melancia, girassol e muitos outros.

Equipamento ultrassónico

A Hielscher Ultrasonics fornece ultrasonicadores fiáveis de alta potência para uso laboratorial, de bancada e industrial. Para a preparação de sementes e maltagem à escala comercial, recomendamos os nossos sistemas de ultra-sons industriais, tais como o UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdt (4kW), UIP10000 (10kW) ou UIP16000 (16kW). Reactores de células de fluxo em manifold e acessórios completam a nossa gama de produtos. Todos os sistemas Hielscher são extremamente robustos e construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Para testar e otimizar a preparação e a germinação de sementes por ultra-sons, oferecemos-lhe a possibilidade de visitar o nosso laboratório de processos ultra-sónicos e o nosso centro técnico totalmente equipados!
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Literatura/Referências



Factos sobre a cevada & malte

O processo de maltagem

Na maltagem, o grão de cereal germina e envolve três etapas: maceração, germinação e secagem. Durante a maceração, é adicionada água aos grãos que ativa as enzimas. A maceração convencional demora 1-2 dias. Após 1-2 dias, os grãos de cevada atingem um teor de água de 40-45%. Nesta altura, a cevada é retirada da água de maceração e começa a germinação.
Durante a germinação, são formadas ou activadas várias enzimas que, mais tarde, no processo de trituração, são essenciais. 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 são formadores de gel e, por conseguinte, podem causar problemas na filtração, é desejável um elevado teor de β-glucanase e um baixo teor de β-glucano no malte. O teor de amido diminui e o teor de açúcar aumenta durante a germinação e o amido é degradado pela α-amilase e 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 a 40 % das proteínas em material solúvel. Após 5 a 6 dias, a germinação está concluída e os seus processos vitais são inactivados por secagem. Na secagem, a água é removida através da passagem de ar quente pelo malte. Isto interrompe a germinação e as modificações e, em vez disso, formam-se compostos de cor e sabor através de reacções de Maillard.

Enzimas na maltagem & Processo de fabrico de cerveja

As enzimas mais importantes para a hidrólise do amido na cevada são as enzimas α-amilase e 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 que a α-amilase e as proteases aparecem após o início da germinação. Uma vez que a α-amilase pode atuar em qualquer parte do substrato, tende a ser mais rápida 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 o processo de maltagem é interrompido, obtém-se uma relação amido/enzima preferida e amido parcialmente convertido em açúcares fermentáveis. O malte também contém pequenas quantidades de outros açúcares, como a sacarose e a frutose, que não são produtos da modificação do amido, mas que já se encontravam no grão. A conversão adicional em açúcares fermentáveis é conseguida 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 quebrados nas moléculas de açúcar que os compõem. Através da hidrólise, o recurso energético (amido) é convertido em açúcares que são consumidos pelo germe para crescer.

Proteínas da cevada

A cevada tem um teor de proteínas de 8 a 15%. As proteínas da cevada contribuem essencialmente para a qualidade do malte e da cerveja. As proteínas solúveis são importantes para a retenção e estabilidade da espuma da cerveja.

Arabinoxilanos e β-glucano em cevada

Os arabinoxilanos e o β-glucano são fibras alimentares solúveis. Os extractos de malte podem conter níveis elevados de arabinoxilanos, o que pode causar dificuldades durante a filtração, uma vez que os extractos viscosos podem deteriorar significativamente o desempenho dos processos de fabrico de cerveja. Para o processo de fabrico de cerveja, um elevado teor 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 pode também originar mosto altamente viscoso, dando origem a um problema de filtração na fábrica de cerveja, e pode participar na maturação da cerveja, causando névoa fria. Os arabinoxilanos encontram-se nas paredes celulares da cevada, da aveia, do trigo, do centeio, do milho, do arroz, do sorgo e do painço. A capacidade de extração dos arabinoxilanos e do β-glucano é significativamente aumentada pela 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 prevenir reacções de oxidação e reacções de radicais livres de oxigénio, o que os torna importantes no processo de maltagem e fabrico de cerveja. Os antioxidantes (por exemplo, sulfitos, formaldeído, ascorbato) são utilizados como aditivos no processo de fabrico da cerveja para melhorar a estabilidade do sabor da cerveja. Cerca de 80% dos compostos fenólicos na cerveja são derivados do malte de cevada.

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