Ультразвуковое соложение и проращивание солода

Солодение – трудоемкий процесс: замачивание и увлажнение семян зерна занимает много времени и приводит в основном к неравномерным результатам.
С помощью ультразвука можно значительно повысить скорость прорастания, норму и урожайность ячменя.

Производство солода

Солод/солодовое зерно широко используется для приготовления пива, виски, солодовых коктейлей, солодового уксуса, а также в качестве пищевой добавки. В процессе соложения высушенное зерно (например, ячмень) замачивают в воде для начала прорастания. Во время прорастания существующие ферменты высвобождаются, новые ферменты вырабатываются, а клеточные стенки эндосперма разрушаются, чтобы высвободить их содержимое, а также расщепить часть накопленного белка на аминокислоты. Когда достигнута определенная степень всхожести, процесс прорастания останавливается процессом сушки. При соложении зерен ферменты – а именно α-амилаза и β-амилаза – Разработаны необходимые для модификации зерна крахмалы в сахара. Различные типы сахара включают моносахарид глюкозу, дисахарид мальтозу, трисахарид мальтотриозу и высшие сахара, называемые мальтодекстринами. Замачивание и проращивание зерна довольно трудоемкое, учитывая, что замачивание занимает 1-2 дня, а проращивание занимает еще 4-6 дней. Это делает производство солода трудоемким и дорогостоящим.

Ультразвуковая обработка улучшает всхожесть

Проращивание ячменя

Улучшенное ультразвуковое соложение

Решение: ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка улучшает всхожесть и скорость прорастания зерен ячменя.

Воздействие ультразвука:

Более быстрое и качественное замачивание
Более быстрая всхожесть
Более полное проращивание
Активация ферментов
более высокая скорость экстракции
Высококачественный солод

Эти эффекты, инициируемые ультразвуком, вызваны улучшенной ферментативной активностью и микротрещинами, вызванными ультразвуковая кавитация на семена. Зерно ячменя может поглощать больше воды за более короткий период времени, что приводит к значительному Улучшенная гидратация семян. Быстрая гидратация и равномерное проращивание важны для хорошего качества соложения, поскольку непророщенные семена подвержены бактериальному и грибковому поражению.
Солодование – это сложный процесс, в котором задействовано множество ферментов; Важными из них являются α-амилаза, β-амилаза, α-глюкозидаза и предельный декстрин. Во время соложения ячмень подвергается неполному естественному процессу прорастания, который включает в себя серию ферментных деградаций эндосперма ячменных зерен. В результате деградации этого фермента стенки клеток эндосперма разрушаются, и гранулы крахмала высвобождаются из матрицы эндосперма, в который они встроены. Ультразвук активирует ферменты и улучшает скорость экстракции внутриклеточного материала, например, крахмала, белков. Молекулы арабиноксилана имеют тенденцию образовывать высокомолекулярные агрегаты в разбавленных растворах полисахаридов. Ультразвуковое исследование помогает эффективно снижать агрегаты полисахаридов. В результате разложения полисахаридного крахмала образуются сбраживаемые углеводы. Такие углеводы превращаются в алкоголь на этапе брожения при производстве пива.

Все эти ультразвуковые воздействия на биохимические процессы во время соложения приводят к более короткое время проращивания и более высокая всхожесть / урожайность. Сокращение периода проращивания приводит к значительному Коммерческие выгоды для солодовенной и пивоваренной промышленности.

Yaldagard et al. (2008) показали, что ультразвуковые технологии “Имеет потенциал для использования в процессах соложения в качестве метода обработки семян для сокращения периода прорастания и улучшения процента общей всхожести.”

Yaldagard et al. 2008 исследовали ультразвуковое улучшение всхожести семян ячменя.

Более быстрое прорастание благодаря ультразвуковой обработке

Протокол ультразвукового праймирования семян ячменя

Материал:
Семена ячменя Hordeum vulgare (9% влажности; хранить при комнатной температуре в течение 3 месяцев после сбора урожая)
Ультразвуковой аппарат UP200H (200 Вт, 24 кГц) оснащен сонотродом S3 (радиальная форма, диаметр 3 мм, макс. глубина погружения 90 мм)

Протокол:
Кончик рога погружали примерно на 9 мм в технологический раствор, состоящий из воды и семян ячменя. Все эксперименты проводили на образцах (10 г семян ячменя), диспергированных в 80 мл водопроводной воды с помощью прямой ультразвука (зондовая система) при потребляемой мощности 20, 60 и 100%, с дополнительным перемешиванием или встряхиванием. Это было использовано для того, чтобы избежать стоячих волн или образования твердых свободных областей для равномерного распределения ультразвуковых волн. Ультразвуковое устройство было переведено в режим пульсации с использованием управления скважностью с целью уменьшения образования свободных радикалов. Цикл был установлен на 50% для всех экспериментов. Раствор обрабатывали при постоянной температуре 30°C в течение 5, 10 и 15 мин. [Yaldagard et al. 2008]

Результаты:
Ультразвуковая обработка приводит к более высокой гидратации и более быстрому прорастанию за более короткое время.
Наибольшая всхожесть семян (примерно 100%) зафиксирована при настройке 100% мощности. Для семян, обработанных ультразвуком в течение 5, 10 и 15 мин на полной мощности (100% настройка мощности прибора), всхожесть была увеличена с ~93,3% (необработанные семена) до 97,2%, 98% и 99,4% соответственно. Эти результаты могут быть связаны с механическими эффектами из-за индуцированной ультразвуком кавитации, увеличивающей поглощение воды клеточными стенками. Ультразвуковая обработка усиливает массоперенос и облегчает проникновение воды через стенку клетки внутрь клетки. Схлопывание кавитационных пузырьков вблизи клеточных стенок нарушает структуру клетки и обеспечивает хороший массоперенос за счет ультразвуковых струй жидкости.
Этот метод значительно сократил время, необходимое для инициирования проращивания семян. Корни волос в обработанных образцах появлялись быстрее и росли обильно по сравнению с семенами, не обработанными ультразвуком. При использовании ячменя, обработанного выше, период прорастания был сокращен до 4-5 дней (в зависимости от мощности ультразвука и времени воздействия) с обычных 7 дней. Кроме того, среднее время прорастания уменьшилось с 6,66 дней при настройке мощности 20% до 4,04 дней при настройке ультразвуковой мощности 100% после времени обработки 15 минут. Анализ полученных данных показывает, что степень всхожести и среднее время прорастания значительно зависели от различных настроек мощности ультразвука во время испытания на прорастание. Все эксперименты привели к повышению всхожести семян ячменя по сравнению с контролем без ультразвука (рис. 1). Максимальное среднее время прорастания было зарегистрировано при настройке мощности 20%, а минимальное среднее время прорастания было зарегистрировано при настройке мощности 100% (рис. 2).

Более высокая производительность при ультразвуковом соложении.

Более высокая всхожесть и урожайность благодаря ультразвуку

Также доказано, что ультразвук усиливает всхожесть семян нута, пшеницы, томатов, перца, моркови, редиса, кукурузы, риса, арбуза, подсолнечника и многих других.

Ультразвуковое оборудование

Hielscher Ultrasonics поставляет надежные ультразвукаторы высокой мощности для лабораторного, настольного и промышленного использования. Для праймирования семян и соложения в промышленных масштабах мы рекомендуем вам наши промышленные ультразвуковые системы, такие как УИП2000HDT (2 кВт), УИП4000HDT (4 кВт), UIP10000 (10 кВт) или UIP16000 (16 кВт). Коллекторные проточные реакторы и аксессуары дополняют наш ассортимент продукции. Все системы Hielscher чрезвычайно надежны и рассчитаны на работу в режиме 24/7.
Для тестирования и оптимизации ультразвуковой подготовки семян и проращивания мы предлагаем вам возможность посетить нашу полностью оборудованную лабораторию ультразвуковых процессов и технический центр!
Свяжитесь с нами сегодня! Мы будем рады обсудить с вами Ваш процесс!

УИП1000HDT

Улучшенная всхожесть за счет
Ультразвук

Ускоренное проращивание
Более высокая урожайность

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Литература/Литература

Гуссус, С. Дж.; Самара, Нью-Гэмпшир; Алькуда, А. М.; Отман, М. О. (2010): Повышение всхожести семян четырех видов сельскохозяйственных культур с помощью ультразвукового метода. Экспериментальное сельское хозяйство, 46/02, 2010. 231-242.
Нильссон, Фрида (2009): Исследование белкового состава ячменя в процессе варки пива с использованием SE-ВЭЖХ. Дипломный проект работает в Университете Кальмара, Школа теоретических и прикладных естественных наук, Швеция.
Ялдагард, Марьям; Мортазави, Сейед Али; Табатабайе, Фариде (2008): Применение ультразвуковых волн в качестве метода подготовки для ускорения и повышения всхожести семян ячменя: оптимизация метода по методу Тагучи. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
Ялдагард, Марьям; Мортазави, Сейед Али; Табатабайе, Фариде (2007): Эффективность ультразвуковой обработки на стимуляцию прорастания семян ячменя и его альфа-амилазную активность. Международный журнал биологической, биомолекулярной, сельскохозяйственной, пищевой и биотехнологической инженерии 1/10, 2007.

Факты о перловке & солод

Процесс соложения

При соложении зерновое зерно прорастает и включает в себя три этапа: замачивание, проращивание и сушка. Во время заваривания к зернам добавляется вода, которая активирует ферменты. Обычное замачивание занимает 1-2 дня. Через 1-2 дня зерна ячменя достигают содержания воды 40-45%. На этом этапе ячмень извлекают из воды для замачивания и начинают проращивание.
Во время проращивания образуется или активируется несколько ферментов, которые в дальнейшем в процессе затирания становятся необходимыми. β-глюканы расщепляются эндо-β-1,4-глюканазой и эндо-β-1,3-глюканазой. Эндо-β-1,4-глюканаза уже присутствует в ячмене, а эндо-β-1,3-глюканаза присутствует только в солоде. Поскольку β-глюканы имеют гелеобразующее образование и, таким образом, могут вызывать проблемы при фильтрации, высокое содержание β-глюканазы и низкое содержание β-глюкана желательны в солоде. Содержание крахмала уменьшается, а содержание сахара увеличивается во время прорастания, и крахмал разлагается α-амилазой и β-амилазой. В ячмене отсутствует α-амилаза; Он вырабатывается во время проращивания, в то время как β-амилаза уже присутствует в ячмене. Белки также разрушаются во время проращивания. Пептидазы расщепляют 35 – 40 % белков в растворимый материал. Через 5-6 дней проращивание завершается, и его жизненные процессы инактивируются путем обжига. В печи вода удаляется путем пропускания горячего воздуха через солод. Это останавливает прорастание и модификации, а вместо этого в результате реакций Майяра образуются красители и ароматические соединения.

Ферменты в пивоварне & Процесс пивоварения

Наиболее важными ферментами для гидролиза крахмала в ячмене являются ферменты α-амилазы и β-амилазы, которые катализируют гидролиз крахмала в сахара. Амилаза разлагает полисахариды, а именно крахмал, до мальтозы. β-амилаза присутствует в неактивной форме до прорастания, тогда как α-амилаза и протеазы появляются после начала прорастания. Поскольку α-амилаза может действовать в любом месте субстрата, она, как правило, действует быстрее, чем β-амилаза. β-амилаза катализирует гидролиз второй α-1,4 гликозидной связи, расщепляя сразу два единицы глюкозы/мальтозу.
Другие ферменты, такие как протеазы, расщепляют белки в зерне на формы, которые могут быть использованы дрожжами. В зависимости от того, когда процесс соложения остановлен, получают предпочтительное соотношение крахмал / ферменты и частично преобразованный крахмал в сбраживаемые сахара. Солод также содержит небольшое количество других сахаров, таких как сахароза и фруктоза, которые не являются продуктами модификации крахмала, но уже были в зерне. Дальнейшее преобразование в сбраживаемые сахара достигается в процессе затирания.

Гидролиз крахмала

Во время ферментативного гидролиза ферменты катализируют процесс осахаривания, в результате чего углеводы (крахмал) расщепляются на составляющие его молекулы сахара. В результате гидролиза энергетический ресурс (крахмал) преобразуется в сахара, которые используются зародышем для выращивания.

Белки в ячмене

Ячмень имеет содержание белка от 8 до 15%. Белки ячменя вносят существенный вклад в качество солода и пива. Растворимые белки важны для удержания и стабильности пивной шапки.

Арабиноксиланы и β-глюкан в ячмене

Арабиноксиланы и β-глюкан являются растворимыми пищевыми волокнами. Солодовые экстракты могут содержать высокий уровень арабиноксиланов, что может вызвать трудности во время фильтрации, поскольку вязкие экстракты могут значительно ухудшить производительность процессов пивоварения. Для процесса пивоварения высокое содержание β-глюкана в ячмене может привести к недостаточной деградации клеточных стенок, что в свою очередь препятствует диффузии ферментов, прорастанию и мобилизации запасов зерен, и, следовательно, снижает содержание солодового экстракта. Остаточный β-глюкан также может привести к образованию высоковязкого сусла, что приводит к проблемам фильтрации на пивоваренном заводе, и может участвовать в созревании пива, вызывая холодную дымку. Арабиноксиланы содержатся в клеточных стенках ячменя, овса, пшеницы, ржи, кукурузы, риса, сорго и проса. Экстрагируемость как арабиноксиланов, так и β-глюкана значительно повышается с помощью ультразвука.

Антиоксиданты в ячмене

Ячмень содержит более 50 проантоцианидинов, включая олигомерные и полимерные флаван-3-ол, катехин и галлокатехин. Димерный проантоцианин В3 и процианидин В3 являются наиболее распространенными в ячмене.
Антиоксиданты известны своей способностью задерживать или предотвращать реакции окисления и реакции свободных радикалов кислорода, что делает их важными в процессе соложения и пивоварения. Антиоксиданты (например, сульфиты, формальдегид, аскорбат) используются в качестве добавок в процессе пивоварения для улучшения стабильности вкуса пива. Около 80% фенольных соединений в пиве получают из ячменного солода.