Skład chemiczny

Okrywę owocowo-nasienną ziarna budują głównie celuloza, pektyny, hemicelulozy, lignina oraz składniki mineralne. Arabinoksylany i β-glukany są podstawowymi składnikami ścian komórkowych bielma oraz warstwy aleuronowej. Zarodek ziarniaka w największej mierze budują związki energetyczne czyli cukry oraz tłuszcze, budulcowe – białka i substancje biokatalityczne, a więc witaminy i enzymy. Bielmo stanowi ok 80% masy ziarna i jest wypełnione przede wszystkim substancjami o charakterze zapasowym, z których najważniejsze to skrobia, białko, tłuszcz (Gąsiorowski, 1997). Podczas słodowania jęczmień ulega niekompletnemu, naturalnemu kiełkowaniu, a proces ten angażuje serię degradujących enzymów, które oddziaływują na ciasno upakowane w bielmie ziarniaków składniki. Rezultatem degradacji enzymatycznej jest rozkład komponentów ścian komórkowych ziarniaków oraz uwolnienie granulek skrobi, które pierwotnie są osadzone w bielmie. Proces ten prowadzi do fizycznego osłabienia bielma. Takie strukturalne zmiany i biochemiczny rozkład składników endospermu są określane jako modyfikacje. Jeśli składniki ściany komórkowej i białka zapasowe w bielmie jęczmiennym nie będą wystarczająco zhydrolizowane podczas słodowania, skrobia pozostanie mocno osadzona w matrycy białkowej ziarniaka, czego rezultatem będzie słaba wydajność słodu i inne problemy podczas całego procesu warzenia. Tempo hydratacji i dyfuzji enzymów poprzez bielmo jest istotnym czynnikiem sukcesywnej modyfikacji bielma. Celem słodownika jest wyprodukowanie słodu poprzez modyfikację bielma tak efektywnie, jak to tylko możliwe. Modyfikacje są zadowalające tylko, jeśli ziarna jęczmienia posiadają właściwą zawartość wody w końcowym etapie moczenia (Gamlath i in. 2008).
Stopień ścisłości struktury bielma wpływa na szklistość bądź mączystość ziarna, co jest uważane za użyteczny wyznacznik jakości w produkcji słodu. Luźno upakowane bielmo daje mączystą strukturę, przez co ułatwia nawilżanie i „poruszanie” się enzymów w bielmie. Tak więc mączyste bielmo jest łatwiej degradowane przez enzymy hydrolityczne podczas słodowania. Bielmo szklistych ziarniaków jest twardsze, ma gęstszą strukturę, przez co wykazuje wolniejsze tempo absorpcji wody podczas moczenia oraz słabszą dystrybucję enzymów. Mączyste ziarniaki absorbują wodę szybciej niż szkliste, osiągnięcie ustalonej wilgotności zajmuje im mniej czasu. Tak więc mączyste ziarniaki mają skłonność do szybszego słodowania i lepszej modyfikacji niż szkliste (Gamlath i in. 2008).
Redystrybucja wilgoci poprzez bielmo jest zależna od wewnętrznej struktury bielma, ponieważ mączystość i szklistość determinują tempo ruchu wody przez bielmo. Na całkowitą absorpcję wody przez ziarniak jęczmienia w czasie moczenia oddziałuje zawartość β-glukanów i arabinoksylanów. Suma tych związków w bielmie odpowiada za absorpcję 25-57% wody podczas moczenia. Wyniki badań Gamlath’a i in. (2008) wskazują, że zawartość β-glukanów ma większy wpływ na absorpcję wody podczas moczenia, niż arabinoksylanów (Gamlath i in. 2008).
β-glukan jest głównym składnikiem ścian komórkowych bielma w jęczmieniu, stanowi ok. 75% ścian komórkowych bielma i ma postać relatywnie dużych molekuł (150-300 Da). Ściany komórkowe bielma tworzą szkielet i zapewniają spójność międzykomórkową, co jest niezbędne dla zachowania strukturalnej integralności ziarniaka. Wzrost całkowitej zawartości arabinoksylanów w bielmie powoduje znaczący wzrost twardości ziarniaka, ale efekt jest mniejszy niż w przypadku dużej zawartości β-glukanów (Gamlath i in. 2008).
Orientacja i rozkład tych związków, ich charakter i gęstość połączeń z innymi polimerami, jak celuloza, może determinować ich wpływ na twardość ziarniaków. Ponieważ β-glukany i arabinoksylany są podstawowymi polisacharydami strukturalnymi ścian komórkowych bielma, to wspólnie wpływają na twardość bielma, a co za tym idzie również ziarniaka (Gamlath i in. 2008).
Wyniki badań Gamlath’a i in. (2008) wykazały także brak powiązania twardości ziarniaków z zawartością białka, jednocześnie autorzy nie wykluczają roli pojedynczych białek w kształtowaniu twardości. Powołując się na różne źródła, zaznaczają, że całkowita zawartość białka jest głównym czynnikiem twardości ziaren zbóż, takich jak: owies, kukurydza, pszenica (Gamlath i in. 2008).
Znaczna zawartość β-glukanów w ziarnie jęczmienia może powodować niewystarczający rozkład ścian komórkowych, co z kolei utrudnia dyfuzję enzymów podczas kiełkowania oraz mobilizację związków bielma, zmniejszając w ten sposób ekstraktywność. Niewielka zawartość β-glukanów może prowadzić do znacznego wzrostu lepkości brzeczki, co utrudnia filtrację i dojrzewanie piwa. Degradacja ścian komórkowych bielma i późniejsze zmiany w poziomie β-glukanu zachodzące w czasie słodowania są w dużym stopniu związane z aktywnością enzymu β-glukanazy. Większą wydajność słodowania zapewni niższa zawartość β-glukanów w ziarnie i wysoka aktywność β-glukanazy w słodzie (Wang i in. 2004).