Ултразвучно сладовање и клијање слада
- Сладирање је дуготрајан процес: намакање и хидратација семена зрна захтева доста времена и постиже углавном неуједначене резултате.
- Ултразвучном обрадом, брзина клијања, брзина и принос јечма се могу значајно побољшати.
Производња слада
Слад? сладно зрно се широко користи за прављење пива, вискија, сладних шејкова, сладног сирћета, као и адитива за храну. Током процеса сладовања, осушено зрно (нпр. јечам) се потопи у воду како би почело клијање. Током клијања постојећи ензими се ослобађају, стварају се нови ензими, а ћелијски зидови ендосперма се разбијају да би се ослободио њихов ћелијски садржај, као и да би се разградио део ускладиштеног протеина у аминокиселине. Када се постигне одређени степен клијања, процес клијања се зауставља процесом сушења. Сладом зрна, ензими – односно α-амилазе и β-амилазе – required for modifying the grain’s starches into sugars are developed. The various types of sugar include the monosaccharide glucose, the disaccharide maltose, the trisaccharide maltotriose, and higher sugars called maltodextrines. The steeping and germination of the grain is quite time-consuming, considering that the steeping takes 1-2 days and the germination takes additional 4-6 days. This makes the malt production time-consuming and expensive.
Јечам који клија
Ултразвучно побољшан слад
Решење: соникација
- Соникација побољшава капацитет клијања и брзину зрна јечма.
Ефекти ултразвука:
- Брже и боље намакање
- Брже клијање
- Потпуна клијавост
- Активација ензима
- већа стопа екстракције
- Висок квалитет слада
Ови ултразвучно иницирани ефекти су узроковани побољшаном ензимском активношћу и микро фисурама изазваним ултразвучна кавитација на семену. Зрно јечма може апсорбовати више воде у краћем временском периоду, што доводи до значајног Побољшана хидратација од семена. Брза хидратација и равномерна клијавост важни су за добар квалитет слада јер је непроклијало семе склоно бактеријским и гљивичним оштећењима.
Сладирање је сложен процес који укључује много ензима; важне су α-амилаза, β-амилаза, α-глукозидаза и лимит декстрин. Током сладовања, јечам пролази кроз непотпуни природни процес клијања који укључује низ ензимских деградација ендосперма јечменог зрна. Као резултат ове деградације ензима, ћелијски зидови ендосперма се разграђују, а грануле скроба се ослобађају из матрикса ендосперма у који су уграђене. Ултразвук активира ензиме и побољшава брзину екстракције интрацелуларног материјала, нпр. скроба, протеина. Молекули арабиноксилана имају тенденцију да формирају макромолекуларне агрегате у разблаженим растворима полисахарида. Ултразвук помаже да се ефикасно смање агрегати полисахарида. Разградњом полисахаридног скроба настају ферментабилни угљени хидрати. Такви угљени хидрати се претварају у алкохол у фази ферментације у производњи пива.
Сви ови ултразвучни ефекти на биохемијске процесе током сладовања резултирају а краће време клијања и а већа стопа клијања? принос. Скраћивање периода клијања резултира значајним комерцијалне користи за индустрију слада и пива.
Иалдагард и др. (2008) је показао да ултразвук “има потенцијал да се користи у процесима слада као метода третирања семена за смањење периода клијања и побољшање процента укупне клијавости.”
Брже клијање ултразвуком
Ултразвучни протокол прања семена јечма
Семе јечма Хордеум вулгаре (9% садржаја влаге; чувати на собној температури 3 месеца након жетве)
Ултразвучни уређај УП200Х (200В, 24кХз) опремљен сонотродом С3 (радијални облик, пречник 3мм, макс. дубина урањања 90мм)
Протокол:
Врх рога је био уроњен цца. 9 мм у процесни раствор који се састоји од воде и семена јечма. Сви експерименти су изведени на узорцима (10 г семена јечма) диспергованим у 80 мЛ воде из славине уз директну соникацију (систем сонде) при улазној снази од 20, 60 и 100%, уз додатно мешање или мућкање. Ово је коришћено да би се избегли стојећи таласи или формирање чврстих слободних региона за уједначену дистрибуцију ултразвучних таласа. Ултразвучни уређај је подешен на режим пулсирања, користећи контролу радног циклуса, како би се смањило стварање слободних радикала. Циклус је постављен на 50% за све експерименте. Раствор је обрађен на константној температури од 30°Ц током 5, 10 и 15 мин. [Иалдагард ет ал. 2008]
Резултати:
Ултразвучни третмани резултирају већом хидратацијом и бржим клијањем за краће време.
Највећа клијавост семена (отприлике 100%) забележена је при поставци снаге 100%. За семе обрађено ултразвуком 5, 10 и 15 минута при пуној снази (подешавање снаге уређаја 100%), стопа клијања је повећана са ~93,3% (несоницирано семе) на 97,2%, 98% и 99,4%. редом. Ови резултати се могу приписати механичким ефектима због ултразвучно индуковане кавитације која повећава узимање воде од стране ћелијских зидова. Соникација побољшава пренос масе и олакшава продирање воде кроз ћелијски зид у унутрашњост ћелије. Колапс кавитационих мехурића у близини зидова ћелије нарушава ћелијску структуру и омогућава добар пренос масе захваљујући ултразвучним млазовима течности.
Метода је значајно смањила време потребно за почетак клијања семена. Корени длаке су се брже појављивали у третираним узорцима и обилно су расли у поређењу са несоницираним семеном. Када се користи јечам третиран као горе, период клијања је скраћен на 4 до 5 дана (у зависности од ултразвучне снаге и времена експозиције) са уобичајених 7 дана. Штавише, средње време клијања се смањило са 6,66 дана за поставку снаге од 20% на 4,04 дана за поставку ултразвучне снаге од 100% након времена обраде од 15 минута. Анализа добијених података указује да су на степен клијања и средње време клијања значајно утицала различита подешавања ултразвучне снаге током теста клијања. Сви експерименти су резултирали повећаном клијавошћу семена јечма у поређењу са контролом без ултразвука (слика 1). Максимално средње време клијања је забележено за поставку снаге 20%, а минимално средње време клијања је забележено за поставку снаге 100% (слика 2).
Већа стопа клијања и принос уз ултразвук
Такође је доказано да ултразвук побољшава клијавост семена сланутка, пшенице, парадајза, бибера, шаргарепе, ротквице, кукуруза, пиринча, лубенице, сунцокрета и многих других.
Ултрасониц Екуипмент
Хиелсцхер Ултрасоницс испоручује поуздане ултрасоникаторе велике снаге за лабораторијску, сточну и индустријску употребу. За прајмерисање семена и слад у комерцијалним размерама, препоручујемо вам наше индустријске ултразвучне системе као што су УИП2000хдТ (2кВ), УИП4000хдТ (4кВ), УИП10000 (10кВ) или УИП16000 (16кВ). Разводни реактори са проточним ћелијама и додатна опрема употпуњују наш асортиман производа. Сви Хиелсцхер системи су изузетно робусни и направљени за рад 24/7.
За тестирање и оптимизацију ултразвучног прајминга и клијања семена, нудимо вам могућност да посетите нашу потпуно опремљену лабораторију за ултразвучни процес и технички центар!
Контактирајте нас данас! Драго нам је да са вама разговарамо о вашем процесу!
УИП1000хдТ
ултразвук
- Убрзано клијање
- Већи принос
Контактирајте нас!? Питајте нас!
Литература/Референце
- Гоуссоус, СЈ; Самарах, НХ; Алкудах, АМ; Отхман, МО (2010): Побољшање клијања семена четири врсте усева коришћењем ултразвучне технике. Огледна пољопривреда, 46/02, 2010. 231-242.
- Нилссон, Фрида (2009): Студија састава протеина јечма током процеса кувања пива коришћењем СЕ-ХПЛЦ. Дипломски пројекат ради на Универзитету у Калмару, Факултет чистих и примењених природних наука, Шведска.
- Иалдагард, Мариам; Мортазави, Сејед Али; Табатабаие, Фаридех (2008): Примена ултразвучних таласа као технике прајминга за убрзавање и побољшање клијања семена јечма: оптимизација методе Тагучи приступом. Ј. Инст. Брев. 114(1), 2008. 14-21.
- Иалдагард, Мариам; Мортазави, Сејед Али; Табатабаие, Фаридех (2007): Ефикасност ултразвучног третмана на стимулацију клијања семена јечма и његову активност алфа-амилазе. Међународни часопис за биолошко, биомолекуларно, пољопривредно, прехрамбено и биотехнолошко инжењерство 1/10, 2007.
Чињенице о јечму & слад
Процес сладовања
У сладу зрно житарица клија и укључује три корака: намакање, клијање и сушење. Током намакања зрнима се додаје вода која активира ензиме. Конвенционално намакање траје 1-2 дана. После 1-2 дана зрна јечма су достигла садржај воде од 40-45%. У овом тренутку, јечам се уклања из воде за натапање и почиње клијање.
Током клијања формира се или активира неколико ензима, који су касније у процесу гњечења неопходни. β-глукане разлажу ендо-β-1,4-глуканаза и ендо-β-1,3-глуканаза. Ендо-β-1,4-глуканаза је већ присутна у јечму, али ендо-β-1,3-глуканаза је присутна само у сладу. Пошто β-глукани формирају гел и на тај начин могу изазвати проблеме у филтрацији, висок садржај β-глуканазе и низак садржај β-глукана су пожељни у сладу. Садржај скроба се смањује, а садржај шећера повећава током клијања и скроб се разграђује α-амилазом и β-амилазом. У јечму нема α-амилазе; производи се током клијања, док је β-амилаза већ присутна у јечму. Протеини се такође разграђују током клијања. Пептидазе разграђују 35-40% протеина у растворљив материјал. После 5 до 6 дана клијавост је завршена и њени животни процеси се инактивирају печењем. Приликом сушења вода се уклања пропуштањем врућег ваздуха кроз слад. Ово зауставља клијање и модификације, а уместо тога једињења боје и укуса се формирају Маиллардовим реакцијама.
Ензими у сладу & Процес пиварства
Најважнији ензими за хидролизу скроба у јечму су ензими α-амилазе и β-амилазе који катализују хидролизу скроба у шећере. Амилаза разграђује полисахариде, односно скроб, до малтозе. β-амилаза је присутна у неактивном облику пре клијања, док се α-амилаза и протеазе појављују када је клијање почело. Пошто α-амилаза може да делује било где на супстрату, она има тенденцију да делује брже од β-амилазе. β-амилаза катализује хидролизу друге α-1,4 гликозидне везе, одвајајући истовремено две јединице глукозе/малтозе.
Други ензими, као што су протеазе, разграђују протеине у зрну у облике које може да користи квасац. У зависности од тога када је процес сладења заустављен, добија се жељени однос скроб/ензим и делимично претворен скроб у шећере који се могу ферментисати. Слад такође садржи мале количине других шећера, као што су сахароза и фруктоза, који нису производи модификације скроба, али су већ били у зрну. Даља конверзија у ферментабилне шећере се постиже током процеса гњечења.
Хидролиза скроба
Током ензимске хидролизе, ензими катализују процес сахарификације, што значи да се угљени хидрати (скроб) разбијају на саставне молекуле шећера. Хидролизом се енергетски ресурс (скроб) претвара у шећере које клица троши за узгој.
Протеини у јечму
Јечам има садржај протеина од 8 до 15%. Протеини јечма значајно доприносе квалитету слада и пива. Растворљиви протеини су важни за задржавање и стабилност главе пива.
Арабиноксилани и β-глукан у јечму
Арабиноксилани и β-глукан су растворљива дијетална влакна. Екстракти слада могу да садрже високе нивое арабиноксилана који могу изазвати потешкоће током филтрације јер вискозни екстракти могу значајно да погоршају перформансе процеса пиварства. За процес производње пива, висок садржај β-глукана у јечму може довести до недовољне деградације ћелијских зидова, што заузврат отежава дифузију ензима, клијање и мобилизацију резерви језгра, а самим тим и смањује екстракт слада. Заостали β-глукан такође може да доведе до високо вискозне сладовине, што доводи до проблема са филтрацијом у пивари, и може да учествује у сазревању пива, изазивајући хладноћу. Арабиноксилани се налазе у ћелијским зидовима јечма, овса, пшенице, ражи, кукуруза, пиринча, сирка и проса. Екстрахабилност и арабиноксилана и β-глукана значајно се повећава ултразвуком.
Антиоксиданси у јечму
Јечам садржи више од 50 проантоцијанидина укључујући олигомерне и полимерне флаван-3-ол, катехин и галокатехин. Димерни проантоцијанин Б3 и процијанидин Б3 су најзаступљенији у јечму.
Антиоксиданси су познати по својој способности да одлажу или спрече реакције оксидације и реакције слободних радикала кисеоника, што их чини важним у процесу сладовања и пиварства. Антиоксиданси (нпр. сулфити, формалдехид, аскорбат) се користе као адитиви у процесу варења како би се побољшала стабилност укуса пива. Око 80% фенолних једињења у пиву се добија из јечменог слада.