Ultrazvočno sladovanje in kalitev slada
- Sladovanje je dolgotrajen proces: namakanje in hidracija semen zrn traja veliko časa in doseže večinoma neenakomerne rezultate.
- Z ultrazvokom se lahko znatno izboljša hitrost kalivosti, hitrost in pridelek ječmena.
Proizvodnja slada
Slad / sladno zrnje se pogosto uporablja za izdelavo piva, viskija, sladovnih napitkov, sladnega kisa in aditivov za živila. Med postopkom slada se posušeno zrnje (npr. ječmen) namoči v vodi, da se začne kalitev. Med kalitvijo se sproščajo obstoječi encimi, nastajajo novi encimi in celične stene endosperma se razbijejo, da sprostijo svojo celično vsebino in razgradijo nekaj shranjenih beljakovin v aminokisline. Ko je dosežena določena stopnja kalivosti, se proces kalivosti ustavi s postopkom sušenja. S sladnimi zrni encimi – in sicer α-amilaza in β-amilaza – Razviti so potrebni za spreminjanje škroba zrna v sladkorje. Različne vrste sladkorja vključujejo monosaharidno glukozo, disaharid maltozo, trisaharid maltotriozo in višje sladkorje, imenovane maltodekstrini. Namakanje in kalitev zrna je precej zamudna, glede na to, da namakanje traja 1-2 dni, kalitev pa dodatnih 4-6 dni. Zaradi tega je proizvodnja slada dolgotrajna in draga.
Kalitveni ječmen
Ultrazvočno izboljšano slado
Rešitev: Sonication
- Sonication izboljša kalivost in hitrost zrn ječmena.
Učinki ultrazvoka:
- Hitrejše in boljše namakanje
- Hitrejša kalitev
- Popolnejša kalitev
- Aktivacija encimov
- višja hitrost ekstrakcije
- Visokokakovostni slad
Te ultrazvočno sprožene učinke povzroča izboljšana encimska aktivnost in mikro razpoke, ki jih povzročajo Ultrazvočna kavitacija na semenu. Zrnje ječmena lahko absorbira več vode v krajšem časovnem obdobju, kar vodi do znatnega Izboljšana hidracija semen. Hitra hidracija in enakomerna kalitev sta pomembna za dobro kakovost slada, saj so nekaljena semena nagnjena k bakterijskim in glivičnim poškodbam.
Sladovanje je zapleten proces, ki vključuje veliko encimov; Pomembni so α-amilaza, β-amilaza, α-glukozidaza in mejni dekstrin. Med sladom je ječmen podvržen nepopolnemu naravnemu procesu kalivosti, ki vključuje vrsto encimskih razgradanj endosperma ječmenovih jedrc. Zaradi te encimske razgradnje se celične stene endosperma razgradijo in škrobne granule se sproščajo iz matriksa endosperma, v katerega so vgrajene. Ultrazvok aktivira encime in izboljša hitrost ekstrakcije znotrajceličnega materiala, npr. škroba, beljakovin. Molekule Arabinoksilana se nagibajo k tvorbi makromolekularnih agregatov v razredčenih polisaharidnih raztopinah. Ultrasonication pomaga učinkovito zmanjšati agregate polisaharidov. Z razgradnjo polisaharidnega škroba nastajajo fermentabilni ogljikovi hidrati. Takšni ogljikovi hidrati se pretvorijo v alkohol v fazi fermentacije proizvodnje piva.
Vsi ti ultrazvočni učinki na biokemične procese med sladom povzročijo krajši čas kalivosti in višja stopnja kalivosti / pridelek. Skrajšanje obdobja kalivosti ima za posledico pomembno komercialne koristi za pivovarsko in pivovarsko industrijo.
Yaldagard et al. (2008) je pokazal, da ultrazvočni “ima potencial za uporabo v sladnih procesih kot metoda obdelave semen za skrajšanje kalivosti in izboljšanje odstotka skupne kalivosti.”
Hitrejša kalitev z ultrazvočno razbijanjem
Ultrazvočni protokol za polnjenje semen ječmena
Semena ječmena Hordeum vulgare (9 % vsebnost vlage; shranjeno pri sobni temperaturi 3 mesece po žetvi)
Ultrazvočna naprava UP200H (200W, 24kHz) opremljena s sonotrodo S3 (radialna oblika, premer 3mm, maks. globina potopitve 90mm)
Protokol:
Vrh roga je bil potopljen približno 9 mm v procesno raztopino, sestavljeno iz vode in semen ječmena. Vsi poskusi so bili izvedeni na vzorcih (10 g semen ječmena), razpršenih v 80 ml vode iz pipe z neposredno ultrazvočno razbijanjem (sistem sond) pri vhodni moči 20, 60 in 100%, z dodatnim mešanjem ali stresanjem. To je bilo uporabljeno, da bi se izognili stoječim valovom ali nastajanju trdnih prostih območij za enakomerno porazdelitev ultrazvočnih valov. Ultrazvočna naprava je bila nastavljena na pulzacijski način z uporabo krmiljenja delovnega cikla, da bi zmanjšali nastajanje prostih radikalov. Cikel je bil določen na 50% za vse poskuse. Raztopina je bila obdelana pri konstantni temperaturi 30 ° C 5, 10 in 15 min. [Yaldagard et al. 2008]
Rezultati:
Ultrazvočni tretmaji imajo za posledico večjo hidracijo in hitrejšo kalitev v krajšem času.
Najvišja kalivost semen (približno 100%) je bila zabeležena pri nastavitvi 100% moči. Za semena, ki so bila sonicirana 5, 10 in 15 minut pri polni moči (100% nastavitev moči naprave), se je stopnja kalivosti povečala z ~ 93,3% (nesonikirana semena) na 97,2%, 98% in 99,4%. Te rezultate lahko pripišemo mehanskim učinkom zaradi ultrazvočno povzročene kavitacije, ki povečuje vnos vode v celične stene. Sonication poveča prenos mase in olajša prodiranje vode skozi celično steno v notranjost celice. Propad kavitacijskih mehurčkov v bližini celičnih sten moti celično strukturo in omogoča dober prenos mase zaradi ultrazvočnih tekočih curkov.
Metoda je znatno skrajšala čas, potreben za začetek kalivosti semen. Korenine las so se v obdelanih vzorcih pojavile hitreje in so obilno rasle v primerjavi z nesonikiranimi semeni. Pri uporabi ječmena, ki je bil obravnavan zgoraj, se je obdobje kalivosti skrajšalo na 4 do 5 dni (odvisno od ultrazvočne moči in časa izpostavljenosti) z običajnih 7 dni. Poleg tega se je povprečni čas kalivosti zmanjšal s 6,66 dni za nastavitev 20% moči na 4,04 dni za ultrazvočno nastavitev moči 100% po času obdelave 15 min. Analiza dobljenih podatkov kaže, da so na obseg kalivosti in povprečni čas kalivosti pomembno vplivale različne nastavitve ultrazvočne moči med preskusom kalivosti. Vsi poskusi so povzročili povečano kalivost semen ječmena v primerjavi z nezvočno kontrolo (slika 1). Najdaljši povprečni čas kalivosti je bil zabeležen za nastavitev 20% moči, najmanjši povprečni čas kalivosti pa za nastavitev 100% moči (slika 2).
Višja stopnja kalivosti in donos z ultrazvokom
Dokazano je tudi, da ultrazvočno razglašenje povečuje kalitev semen čičerike, pšenice, paradižnika, popra, korenja, redkev, koruze, riža, lubenice, sončnice in mnogih drugih.
Ultrazvočna oprema
Hielscher Ultrasonics dobavlja zanesljive ultrazvočne aparate visoke moči za laboratorijsko, namizno in industrijsko uporabo. Za polnjenje semen in slada v komercialnem obsegu vam priporočamo naše industrijske ultrazvočne sisteme, kot so UIP2000hdT (2kW), UIP4000hdT (4 kW), UIP10000 (10 kW) ali UIP16000 (16kW). Razdelilni reaktorji s pretočnimi celicami in dodatki dopolnjujejo našo paleto izdelkov. Vsi Hielscher sistemi so izjemno robustni in izdelani za delovanje 24/7.
Za testiranje in optimizacijo ultrazvočnega polnjenja in kalivosti semen vam ponujamo možnost, da obiščete naš popolnoma opremljen ultrazvočni procesni laboratorij in tehnični center!
Kontaktirajte nas še danes! Z veseljem se bomo z vami pogovorili o vašem procesu!
UIP1000hdT
ultrazvok
- Pospešena kalitev
- Višji donos
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Literatura/Reference
- Goussous, S. J.; Samarah, N. H.; Alqudah, A. M.; Othman, M. O. (2010): Izboljšanje kalivosti semen štirih vrst pridelkov z uporabo ultrazvočne tehnike. Eksperimentalno kmetijstvo, 46/02, 2010. 231-242.
- Nilsson, Frida (2009): Študija sestave ječmenovih beljakovin med postopkom varjenja piva z uporabo SE-HPLC. Diplomski projekt deluje na Univerzi v Kalmarju, Šola za čiste in uporabne naravoslovne znanosti, Švedska.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2008): Uporaba ultrazvočnih valov kot tehnike polnjenja za pospeševanje in povečanje kalivosti semena ječmena: optimizacija metode s pristopom Taguchi. J. Inst. Brew. 114(1), 2008. 14-21.
- Yaldagard, Maryam; Mortazavi, Seyed Ali; Tabatabaie, Farideh (2007): Učinkovitost ultrazvočne obdelave pri stimulaciji kalivosti semena ječmena in njegovi aktivnosti alfa-amilaze. Mednarodni časopis za biološko, biomolekularno, kmetijsko, prehransko in biotehnološko inženirstvo 1/10, 2007.
Dejstva o ječmenu & slad
Postopek slavarstva
Pri sladovništvu žitno zrnje kalijo in vključuje tri korake: namakanje, kalitev in pečenje. Med namakanjem se zrnom doda voda, ki aktivira encime. Običajno namakanje traja 1-2 dni. Po 1-2 dneh ječmenova zrna dosežejo vsebnost vode 40-45%. Na tej točki se ječmen odstrani iz namakne vode in začne se kalivost.
Med kalitvijo se tvori ali aktivira več encimov, ki so kasneje v procesu dgnječenja bistveni. β-glukani se razgradijo z endo-β-1,4-glukanazo in endo-β-1,3-glukanazo. Endo-β-1,4-glukanaza je že prisotna v ječmenu, vendar je endo-β-1,3-glukanaza prisotna le v sladu. Ker β-glukani tvorijo gel in s tem povzročajo težave pri filtraciji, sta v sladu zaželena visoka vsebnost β-glukanaze in nizka vsebnost β-glukana. Vsebnost škroba se med kalitvijo zmanjša in vsebnost sladkorja poveča, škrob pa se razgradi z α-amilazo in β-amilazo. V ječmenu ni prisotna α-amilaza; Proizvaja se med kalitvijo, medtem ko je β-amilaza že prisotna v ječmenu. Beljakovine se razgradijo tudi med kalitvijo. Peptidaze razgradijo 35 – 40 % beljakovin v topno snov. Po 5 do 6 dneh je kalitev končana in njeni življenjski procesi se inaktivirajo s pečjo. Pri pečenju se voda odstrani s prehodom vročega zraka skozi slad. To ustavi kalitev in spremembe, namesto tega pa se barvne in aromatične spojine tvorijo z Maillardovimi reakcijami.
Encimi v sladu & Postopek pivovarstva
Najpomembnejši encimi za hidrolizo škroba v ječmenu so encimi α-amilaze in β-amilaze, ki katalizirajo hidrolizo škroba v sladkorje. Amilaza razgradi polisaharide, in sicer škrob, v maltozo. β-amilaza je prisotna v neaktivni obliki pred kalitvijo, medtem ko se α-amilaza in proteaze pojavijo, ko se začne kalitev. Ker lahko α-amilaza deluje kjerkoli na substratu, deluje hitreje kot β-amilaza. β-amilaza katalizira hidrolizo druge α-1,4 glikozidne vezi, pri čemer odcepi dve glukozni enoti / maltozo naenkrat.
Drugi encimi, kot so proteaze, razgrajujejo beljakovine v zrnu v oblike, ki jih lahko uporabljajo kvasovke. Glede na to, kdaj se postopek slada ustavi, dobimo prednostno razmerje škrob / encim in delno pretvorimo škrob v fermentabilne sladkorje. Slad vsebuje tudi majhne količine drugih sladkorjev, kot sta saharoza in fruktoza, ki niso produkti modifikacije škroba, vendar so bili že v zrnu. Nadaljnja pretvorba v fermentabilne sladkorje se doseže med postopkom drozge.
Hidroliza škroba
Med encimsko hidrolizo encimi katalizirajo proces saharifikacije, kar pomeni, da se ogljikovi hidrati (škrob) razgradijo v sestavne molekule sladkorja. S hidrolizo se energetski vir (škrob) pretvori v sladkorje, ki jih kalčki porabi za gojenje.
Beljakovine v ječmenu
Ječmen ima vsebnost beljakovin od 8 do 15%. Ječmenove beljakovine bistveno prispevajo h kakovosti slada in piva. Topne beljakovine so pomembne za ohranjanje in stabilnost glave piva.
Arabinoksilani in β-glukan v ječmenu
Arabinoksilani in β-glukan so topna prehranska vlakna. Sladni ekstrakti lahko vsebujejo visoke ravni arabinoksilanov, ki lahko povzročijo težave med filtracijo, saj lahko viskozni ekstrakti znatno poslabšajo učinkovitost pivovarskih procesov. Za postopek pivovarstva lahko visoka vsebnost β-glukana v ječmenu povzroči nezadostno razgradnjo celičnih sten, kar ovira difuzijo encimov, kalitev in mobilizacijo rezerv jedra ter s tem zmanjša ekstrakt slada. Preostali β-glukan lahko povzroči tudi zelo viskozno pivino, kar povzroči težave s filtracijo v pivovarni in lahko sodeluje pri zorenju piva, kar povzroča hladno meglico. Arabinoksilani se nahajajo v celičnih stenah ječmena, ovsa, pšenice, rži, koruze, riža, sirka in prosa. Ekstrakcija arabinoksilanov in β-glukana se znatno poveča z ultrazvočnim razbijanjem.
Antioksidanti v ječmenu
Ječmen vsebuje več kot 50 proantocianidinov, vključno z oligomernim in polimernim flavan-3-olom, katehinom in galokatehinom. Dimerni proantocianin B3 in procianidin B3 sta najpogostejša v ječmenu.
Antioksidanti so znani po svoji sposobnosti, da odložijo ali preprečijo oksidacijske reakcije in reakcije prostih radikalov kisika, zaradi česar so pomembni v procesu slada in pivovarstva. Antioksidanti (npr. Sulfiti, formaldehid, askorbat) se uporabljajo kot dodatki v procesu pivovarstva, da se izboljša stabilnost okusa piva. Približno 80% fenolnih spojin v pivu izvira iz ječmenovega slada.