Salinimo moksliniai pagrindai, II dalis (Krakmolo skaidymas)

Angliavandeniai sudaro 90-92% misos kietųjų dalelių. Dar apie 4-5% sudaro baltymai, o likusį kiekį sudaro vitaminai, mineralai ir kitos medžiagos. Savo ruožtu 95% angliavandenių sudaro salinimo metu vykusio krakmolo konversijos proceso produktai.

Salinimo metu prieš prasidedant krakmolo skaidymui, vyksta krakmolo granulių želatinizacija. Nors tai nėra būtina pačiam krakmolo skaidymui, tai labai pagreitina procesą, nes padidina krakmolo substrato (amilozės ir amilopektinų) pasiekimą skaidymo fermentams (daugiausia α-, β-amilazėms ir dekstrinazei).

Želatinizacija Šaltame vandenyje krakmolas yra mažai tirpus ir sugeria nedaug vandens. Vandeniui šylant jo absorbcija didėja ir krakmolo granulės pradeda brinkti. Krakmolo granulei vis labiau brinkstant, nuo krakmolo granulės pradeda atsiskirti amilozė ir kristaliniai sluoksniai suyra, atsiskirdami nuo granulės kaip želatininės plokštelės. Krakmolo granulei procesa tampa negrįžtamas ir ji yra pilnai želatinizuojama.

Įvairių krakmolo želatinizacijos pradžios ir pabaigos temperatūros.

Nors temperatūrų rėžis, kuriame prasideda želatinizacija, yra pakankamai siauras tam tikroms krakmolo granulėms, skirtumas tarp pirmųjų granulių želatinizacijos ir pilnos želatinizacijos temperatūrų gali būti pakankamai didelis. Paveiksliuke pateikti įvairių krakmolų želatinizacijos temperatūrų rėžiai. Matyti, kad ne visi krakmolai yra visiškai želatinizuojami cukrų pauzės (sacharification rest) metu. Todėl šie krakmolai turi būti želatinizuoti grūdų salinimo (cereal mash) metu arba turi būti naudojamos preželatinizuotos jų formos, t.y. dribsniai (flakes). Kitas įdomus momentas yra tas, kad buvo nustatyta skirtinga miežių krakmolo didžiųjų ir mažųjų granulių želatinizacijos temperatūra. 90% krakmolo (svorio) yra didžiosiose granulėse, kurios želatinizuojamos cukrų pauzės metu. Bet mažosioms granulėms reikalingos aukštesnės temperatūros. Tai gali paaiškinti efektyvumo padidėjimą ilgai tekinant misą ar verdant salyklą dekokcijos (decoction mash) metu.

Želatinizacijai vykti reikalingas vanduo, kuris sutrauko kristalinę struktūrą laikančias vandenilines jungtis tarp gliukozės grandinių. Jeigu vandens trūksta (pvz. tiršto salinimo atveju), krakmolo granulės brinksta mažiau ir yra suardomas mažesnis kiekis kristalinių struktūrų. Tokiu atveju želatinizacijai vykti reikalinga aukštesnė temperatūra. Eksperimentais patvirtinta, kad skystas salinimas yra efektyvesnis už tirštą.

Prasidėjus krakmolo želatinizacijai, skysčio (mūsų atveju misos) klampumas sumažėja. Tai vyksta dėl to, kad fermentai (ypač α-amilazė) pradeda skaidyti amilozė ir amilopektiną, kai tik fermentai juos gali pasiekti. Šis procesas sumažina klampumą ir yra vadinamas liquification (skystėjimu/skystinumu). Dėl šios priežasties darant decocton mashing'ą yra daroma skystinimo pauzė 70-74 *C temperatūroje.

Didelis klampumas gali sukelti problemas salinant grūdus. Ypač kai naudojami ryžiai, kurių krakmolas brinksta labai intensyviai. Dėl to tokiais atvejais rekomenduojama įdėti salyklo bei daryti skystinimo pauzę 75-80 *C temperatūroje.

Žinotina, kad želatinizacijos temperatūra priklauso nuo augimo sąlygų ir gali būti skirtis priklausomai nuo derliaus metų. Kartais želatinizacija prasideda aukštesnėse temperatūrose, todėl būtina į tai atisžvelgti parenkant salinimo planą.

Fermentinis krakmolo skaidymas Paveiksliuke parodytas didelis dekstrinas su išsiašakojimais ir nurodytos jungtys, kurias skaido atskiri fermentai.

Krakmolo skaidymas salinimo metu yra (beveik 100 proc.) fermentinis procesas, kuriame dalyvauja 4 fermentai. Du iš jų gerai žinomi yra α- ir β-amilazė. Abu šie fermentai skaido krakmolo ir dekstrinų α(1-4) glikozidines jungtis. Trečiasis fermentas yra dekstrinazė, kuri skaido amilopektinų α(1-6) glikozidines jungtis. Paskutinis fermentas yra maltazė, bet jis neturi didelės reikšmės, nes praranda aktyvumą aukštesnėje nei 45*C temperatūroje.

α-amilazė gali suardyti bet kurią krakmolo ir dekstrinų α(1-4) glikozidinę jungtį, išskyrus tas, kurios yra prie pat atsišakojimo taško. Šis fermentas yra atsakingas už greitą klampumo sumažėjimą kai salyklo krakmolas yra želatinizuotas. Nors α-amilazė yra labai veiksminga skaidant krakmolą į mažesnius dekstrinus, ji nėra efektyvi sukuriant fermentuojamus cukrus. Tai yra dėl to, kad šis fermentas mieliau dirba su ilgomis gliukozės grandinėmis.

Lentelė 1. Salyklo ir misos angliavandenių kiekio kietųjų dalelių sudėtyje palyginimas

Fermentas β-amilazė yra daug naudingesnis kuriant fermentuojamus cukrus. Dėl būdo, kuriuo šis fermentas hidrolizuoja krakmolą ir didelius dekstrinus, misoje yra gausu maltozės. Fermentas prisitvirtina prie nersdukuojančio gliukozės grandinės galo ir „atkerpa“ vieną maltozės molekulę po kitos. Bet dėl to, kad β-amilazė turi prisitvirtinti prie neredukuojančio galo, ji nėra aktyvi prie α(1-6) išsišakojimo. Norint, kad šis fermentas dirbtų ir po minėto atsišakojimo, jau minėtoji α-amilazė turi sukurti neredukuojantį galą arba kitas fermentas -dekstrinazė- turi suskaidyti atsišakojimo α(1-6) jungtį. Siekiant gauti aukšto fermentuojamumo misą, reikia optimizuoti β-amilazės darbą.

Fermentai α- ir β-amilazės vieni negali visiškai sacharifikuoti (suskaldyti į cukrus) krakmolo. Tai yra dėl to, kad α(1-6) jungtys sudaro apie 6-7% visų amilopektino jungčių. Bet salykle yra fermentas, kuris gali skaidyti šias jungtis: dekstrinazė. Šis fermentas aktyviausias 60-62*C temperatūroje, kaip ir β-amilazė. Tik dėl pakankamai įprasto salinimo temperatūrų svyravimo, misoje būna didelis kiekis dekstrinų su atsišakojimais. Bet jeigu nėra siekiama didelio misos fermentuojamumo, tai netgi yra pozityvus dalykas dėl savo poveikio alaus charakteriui.

Maltazė yra fermentas, kuris aktyviausias esant tremperatūrai tarp 30*C ir 40*C. Šis fermnetas gali atskelti vieną gliukozės molekulę nuo neredukuojančio gliukozės grandinės galo.

Sacharazė arba invertazė taip pat yra veikli salinimo metu. Šis fermentas suskaido cukrozę į fruktozę ir gliuokzę. Bet kadangi cukrozės kiekis salykle ir mentale nėra didelis, fermentas nėra svarbus salinimui.

Salinimo sąlygų poveikis Salinimo sąlygos, tokios kaip salinimo temperatūra, laikas/ vandens/salyklo santykis, pH ir kiti veiksniai įtakoja fermentų ir substrato sąveiką, tuo pačiu nulemdami misos kokybę. Kontroliuodamas salinimo sąlygas ir veiksnius aludaris gali įtakoti galutinį alaus charakterį. Salinimo sąlygos taip pat nulemia ir žaliavų naudojimo efektyvumą. Dėl šių priežasčių aludaris turi gerai suprasti kaip salinimas įtakoja misą, o vėliau ir alų.

Tolimesniuose skyriuose aptariami konkretūs salinimo parametrai ir jų įtaka

Temperatūra ir laikas

Lentelė 2 – Krakmolo skaidymo fermentų temperatūros ir pH optimumai.

Salinimas susideda iš vienos ar daugiau pauzių (rest), kurios užtrunka tam tikrą laiką ir vyksta tam tikroje temeratūroje. Paprasčiausias salinimas teturi vieną pauzę. Šis metodas vadinamas izoterminiu arba vieno užpylimo salinimu (single infusion mash). Šiam salinimui temperatūra ir laikas parenkami taip, kad sudarytų veikimo sąlygas tam tikriems fermentams. Kaip jau buvo minėta, skirtingiems fermentams optimali temperatūra yra skirtinga.

Nuo temperatūros ir laiko tiesiogiai priklauso kokia misa bus gauta salinimo metu. Misos fermentuojamumas (arba atenuacijos potencialas) yra fermentuojamų cukrų (daugiausia gliukozės, maltozės ir maltotriozės) santykis su bendru ekstraktu. Kadangi ekstraktą bet kuriuo atveju sudaro daugiausia angliavandeniai, tai fermentuojamumas tiesiogiai priklauso nuo fermentuojamų ir nefermentuojamų krakmolo skaidymo produktų santykio. Šį balansą galima įtakoti kontroliuojant β-amilazės ir dekstrinazės veikimą. Abu šie fermentai yra jautresni karščiui už α-amilazę ir šis faktas yra išnaudojamas kontroliuojant jų veikimą, ypač izoterminiame salinime.

Kuo ilgiau bus leidžiama veikti β-amilazei ir dekstrinazei, tuo misa bus labiau fermentuojama. Izoterminiame salinime tai valdoma nustatant temperatūrą. Aukštesnėje temperatūroje β-amilazė denatūruosis ir „pagamins“ mažiau fermentuojamų cukrų. Bet žemesnėje temperatūroje reakcijos vyksta ilgiau, todėl salinimui reikia daugiau laiko. Būtina atkreipti dėmesį, kad reikalingas tam tikras α-amilazės veikimas, kad būtų pagamintas pakankamas kiekis neredukuojančių galų, kuriuos veikia β-amilazė. Tačiau net žemesnėje nei optimali α-amilazės veikimui reikalingoje temperatūroje, šio fermento yra pakankamai minėtam tikslui. Eksperimentais nustatytas tiesioginis ryšys tarp salinimo temperatūros ir laiko bei misos fermentuojamumo ir salinimo efektyvumo.

Lentelė 3 - tam tikriems misos parametrams optimalios temperatūros salinant 2-3 valandas