tiểu luận CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM đề tài ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA

CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM (FST518) ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM (FST518) ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM (FST518) ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM (FST518) ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

CÔNG NGHỆ ENZYME THỰC PHẨM (FST518)

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RƯỢU - BIA

TRẦN THỊ GIA HÂN NGUYỄN QUANG NHỰT NGUYỄN KIM NGỌC NHƯ HUỲNH NGUYỄN DUY TÂN BÙI THỊ HỒNG NHUNG PHẠM THANH THÀNH TÙNG

AN GIANG, 03-2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

AN GIANG, 03-2021

Mục Lục

Danh sách hình 2

Danh sách bảng 1

1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO 1

Quy trình sản xuất rượu gạo 1

1.1 THUYẾT TRÌNH QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO 1

1.1.1 Nguyên liệu chính đó là gạo và bánh men 1

1.1.2 Ngâm nước 2

1.1.3 Nấu chín 2

1.1.4 Làm nguội 2

1.1.5 Trộn bánh men 2

1.1.6 Lên men 2

1.1.7 Cách chưng cất rượu 2

1.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU GẠO 3

1.2.1 Enzyme - α – amylase 3

1.2.2 Enzyme protease 4

1.2.3 Enzyme cellulase 6

2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA ĐEN 9

2.1 THUYẾT MINH QUY TRÌNH 10

2.1.1 Nghiền 10

2.1.2 Nấu 10

2.1.3 Lọc và rửa bã 10

2.1.4 Đun sôi dịch đường ( Houblon hóa ) 10

2.1.5 Lắng (Tách bã ) và làm lạnh 11

2.1.6 Lên men 11

2.1.7 Lọc bia 11

2.1.8 Bão hòa CO 2 11

2.1.9 Thanh trùng 11

2.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA ĐEN 11

2.2.1 Enzyme cellulase 11

2.2.1.1 Cấu tạo 11

2.2.1.2 Tính chất 12

2.2.1.3 Cơ chế tác dụng 12

2.2.2.1 Cấu tạo 12

2.2.2.2 Tính chất 12

2.2.2.3 Cơ chế hoạt động 13

2.2.3 Enzyme Protease trong quá trình lên men cải thiện quá trình lên men 13

2.3.3.1 Cấu tạo 13

2.3.3.2 Tính chất 13

2.3.3.3 Cơ chế tác dụng 14

S: Cơ chất 14

2.2.4 Enzyme α-amylase: công đoạn nấu đường hóa nguyên liệu 14

2.2.4.1 Cấu tạo 14

2.2.4.2 Tính chất 14

2.2.4.3 Cơ chế tác dụng 15

3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO 15

Quy trình sản xuất rượu vang nho 16

3.1 THUYẾT MINH QUY TRÌNH 17

3.1.1 Nguyên liệu 17

3.1.2 Phân loại 17

3.1.3 Làm sạch 17

3.1.4 Sơ chế 17

3.1.5 Xé, nghiền 17

3.1.6 Xử lý khối quả nghiền bằng enzyme trích ly 17

3.1.7 Ép, ly tâm 17

3.1.8 Pha chế dịch lên men 17

3.1.9 Lên men chính 17

3.1.10 Lên men phụ - Tàng trữ 17

3.1.11 Lọc 17

3.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO 18

3.2.1 Enzyme pectinase 18

3.2.2 Enzyme Laccase: Công đoạn sunfit hóa 20

3.2.3 Enzyme protease: Công đoạn lên men 21

4 Quy trinhd sản xuất rượu Whisky 22

4.1 Thuyết minh quy trình sản xuất 24

4.1.1Sản xuất malt đại mạch 24

4.1.2 Chế biến dịch đường và lên men 24

4.1.3 Chưng cất 24

4.1.4 Ủ, hoàn thiện sản phẩm 25

4.2 Ứng dụng các enzyme sử dụng trong rượu Whisky 25

4.2.1Enzyme amylase 25

4.2.2 Enzyme papain 28

4.2.3 Enzyme bromelain 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

Danh sách hình

Image 1 Cấu trúc không gian Enzyme - α – amylase 3

Image 2 Cấu trúc không gian Enzyme protease 5

Image 3 Sơ đồ phân loại Protease 5

Image 4 Cấu trúc không gian Enzyme cellulase 7

Image 5 Cơ chế hoạt động của exoglucanase 7

Image 6 Cơ chế hoạt động của endog ucanase 8

Image 7 Cơ chế hoạt động của β - glucosidase 8

Image 8 Quá trình phân giải cellulose của cellulase 8

Image 9 : Cấu trúc không gian Enzyme pectinase 18

Image 10 : Sơ đồ phân loại enzyme pectinase 19

Image 11 cấu trúc không gian của Glucoamylase 27

Image 12 Cấu trúc không gian của enzyme papain 28

Image 13 Cấu trúc không gian của enzyme bromelain 29

Danh sách bảng Table 1 : Điều kiện hoạt động của enzyme α-amylase từ các nguồn khác nhau 26

Table 2 : khả năng chịu nhiệt của α-amylase từ các nguồn sản xuất khác nhau 27

1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO

Quy trình sản xuất rượu gạo

1.1 THUYẾT TRÌNH QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO

1.1.1 Nguyên liệu chính đó là gạo và bánh men

Sản phẩmChưng cấtLen menTrộn bánh men

Để nguộiNấu chínNgâm nướcNguyên liệu

Gạo tẻ: Nấu rượu chất lượng không thơm ngon như rượu nếp nhưng giá thành lại rẻ.Gạo nếp: Nấu rượu nên sẽ rất thơm ngon, đậm, ngọt miệng, cảm giác êm nồng.

1.1.4 Làm nguội

Sau khi nấu chín, đổ cơm rượu ra thúng, nong và trải đều cơm rượu ra cho nguội cơm.Không nên để cơm rượu nguội quá lâu vì như vậy sẽ ảnh hưởng đến độ ngon củarượu nên để ở mức nhiệt độ 30 độ là tốt nhất để làm cái rượu ngon

1.1.5 Trộn bánh men

Khi cơm đã nguội thì lúc đó trộn bánh men đều với cơm bằng cách bóp tinh bánh men

và rắc lên bề mặt của cơm rượu

Về tỷ lệ trộn men và cơm rượu thì người xưa thường dựa vào kinh nghiệm làm nhiềuquen tay để trộn Ngày nay, thông thường cứ 25g đến 30g men trên 1 kg gạo Tỷ lệnày chỉ là tương đối, tùy theo những loại men khác nhau mà trộn với cơm rượu làkhác nhau

1.1.6 Lên men

Bao gồm 2 giai đoạn: lên men ẩm và lên men lỏng

Lên men ẩm: là quá trình tạo điều kiện để cho Enzyme Amylase của nấm mốc, vikhuẩn xúc tác thủy phân tinh bột Cơm rượu đã trộn men được đem đi ủ trong vòng 5

- 10 giờ để mốc mọc cả khối cơm Sau đó vun thành đống, phủ kín bằng vải và giữ ởnơi thoáng mát nhiệt độ 28 - 32 độ trong 3 - 4 ngày (có thể sớm hoặc muộn hơn 1 - 2ngày tùy vào thời tiết)

Lên men lỏng: là quá trình nấm men sử dụng đừng tạo ra để lên men rượu Khi cơmrượu có mùi thơm nhẹ của rượu, ăn thử thấy ngọt và có hơi cay vị của rượu thì lúc đóchuyển sang ủ trong chum, vại kín với nước sạch theo tỷ lệ: 1 phần gạo/ 2-3 phầnnước Thời gian ủ lỏng kéo sẽ kéo dài khoảng 12-15 ngày đối với đáy chìm và 18-22ngày đối với đáy nổi (có thể sớm hơn hoặc muộn hơn 1-2 ngày tùy vào thời tiết thuậnlợi hay không)

1.1.7 Cách chưng cất rượu

Chưng cất rượu lần 1: Với lần đầu chưng cất rượu ta sẽ thu được rượu gốc, loại rượulúc này khá nặng có nồng độ cồn từ 55-65 độ Với loại rượu này thường có lượngAldehyt cao, gây hại trực tiếp cho sức khỏe, người uống rất dễ bị ngộ độc rượu Thếnên, với rượu được chưng cất lần 1 không nên dùng để uống mà chỉ nên dùng để

Chưng cất rượu lần 2: Tiếp tục chưng cất lần thứ 2 ta sẽ chưng cất được rượu giữa.Thông thường loại rượu này có nồng độ cồn từ 35 đến 45 độ, rượu này sẽ được dùng

để uống nóng hoặc sẽ được cất, dự trữ hoặc đem bán ra thị trường

Chưng cất rượu lần 3: Tiếp tục chưng cất, lần này ta sẽ thu được rượu ngọn loại rượu

có nồng độ cồn thấp, vị hơi chua và không còn hương vị của rượu nữa Rượu này chỉđược dùng để pha chung với rượu gốc, loại rượu thu được từ lần chưng cất đầu tiên vàlại chưng cất 1 lần nữa để hạ độ của rượu gốc Lúc này sẽ thu được rượu giống nhưloại rượu chưng cất ở lần 2 (rượu giữa), sau đó đem cất, tích trữ hoặc đem bán.(Đông, 14/05/2019)

1.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU GẠO

1.2.1 Enzyme - α – amylase

1.2.1.1 Cấu tạo

Enzyme α - amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng 50.000 đến 60.000 Dal Có một số trường hợp đặc biệt như α - amylase từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal Các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kị nước cho thấy các chuỗi mạchacid amin của tất cả các enzyme a-amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau.Image 1 Cấu trúc không gian Enzyme - α – amylase

1.2.1.2 Tính chất

Điều kiện hoạt động của α - amylase từ các nguồn khác nhau thường không giốngnhau pH tối thích cho hoạt động của α - amylase từ nấm sợi là 4.0 - 4.8 (có thể hoạtđộng tốt trong vùng pH từ 4.5 - 5.8) Theo số liệu của Liphis, pH tối thích hoạt độngdextrin hóa và đường hóa của chế phẩm amylase từ Asp.orysee trong vùng 5.6 - 6.2.Còn theo số liệu của Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6.0

- amylase dextrin hóa của nấm sợi đen có thế chịu được pH từ 2.5 - 2.8 Ở 0°C và pH

= 2.5, nó chỉ bị bất hoạt hoàn toàn sau 1 giờ

Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúc tác của a-amylase từ các nguồn khác nhau cũngkhông đồng nhất, α - amylase của nấm sợi rất nhạy cảm đối với tác động nhiệt Nhiệt

độ tối thích của nó là 50°C và bị vô hoạt ở 70°C

Trong dung dịch đệm pH = 4.7, α - amylase của Asp.orysee rất nhạy với tác động củanhiệt độ cao, thậm chí ở 40°C trong 3 giờ hoạt lực dextrin hóa của nó chỉ còn 22 -29%, hoạt lực đường hóa còn 27 - 85% Ở 50°C trong 2 giờ , α - amylase của nấm sợinày bị vô hoạt hoàn toàn

1.2.1.3 Cơ chế tác dụng

Amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau Amylase có khả năngphân cắt các liên kết -1,4 - glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bộthoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên không theo một trật tự nào cả Amylase khôngthủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rấtchậm

Quá trình thủy phân tinh bột bởi amylase là quá trình đa giai đoạn

Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạothành một lượng lớn dextrin phân tử thấp dextrin, độ nhớt của hồ tinh bột giảmnhanh, các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)

Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đư ng hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủyphân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất này bịthủy phân rất chậm bởi amylase cho tới disaccharide và monosaccharide Dưới tácdụng của amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7gốc glucose (vì vậy, người ta cho rằng amylase luôn phân cắt amylose thành từngđoạn 6 - 7 gốc glucopiranose 1)

Sau đó, các poliglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch polyglucosecolagen

cử ngăn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose, maltotriose và maltose Qua mộtthời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87%maltose Tác dụng của amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì khôngphân cắt được liên kết 1,6 - glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectinnên dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường nói trên (72%maltose và 19% glucose) còn có dextrin phân từ thấp và isomaltose 8%

Tóm lại, dưới tác dụng của amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose

maltose, glucose và dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thường amylase chi thủyphân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ítmaltose Khả năng dextrin hoa cao của amylase là tính chất đặc trưng của nó (Luậnvăn)

Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của α - Amylase

Giai đoạn dextrin hóa

Tinh bột → dextrin phân tử lượng thấp

Giai đoạn đường hóa

Dextrin → tetra và trimaltose → di & monosaccharide

Amylase → oligosacharide → poliglucose

Maltose → maltotriose → maltotetrose

1.2.2 Enzyme protease

1.2.2.1 Cấu tạo

Xúc tác sự thủy phân liên kết peptit (CO – NH) trong phân tử protein và các cơ chấttương tự.

Có khả năng liên kết este và vận chuyển acid amin

Image 2 Cấu trúc không gian Enzyme protease

1.2.2.2 Tính chất

Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4)

Image 3 Sơ đồ phân loại Protease

Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase

Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được phân chia thành hai loại:

Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗipolypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide.Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide

và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide

Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:

Serin proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâmhoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme.Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin Nhóm chymotrypsinbao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm subtilisinbao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin Carlsberg, subtilisin BPN Cácserine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu

cơ chất tương đối rộng

Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động.Cystein proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin, một vàiprotein động vật và proteinase ký sinh trùng Các cystein proteinase thường hoạt động

ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsinbao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các asparticproteinase có chứa nhóm cacboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt độngmạnh ở pH trung tính

Metallo proteinase: Metallo proteinase là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn,nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metalloproteinase thường hoạtđộng vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngòai ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:

Protease acid: pH = 2 - 4 có nhiều ở tế bào động vật, nấm men nhưng ít thấy ở vikhuẩn

Protease trung tính: pH = 7 - 8 như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả khóm.Protease ki m: pH = 9 - 11 (Ts Trần Thị Xô, 2019)

1.2.2.3 Cơ chế tác dụng

Protease là enzyme xúc tác thủy phân protein, về cơ bản xúc tác cơ chế sinh học của enzyme Qúa trình xúc tác bắt đầu bằng sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất thành hợp chất trung gian

E(enzyme) + S (cơ chất) → ES (hợp chất trung gian)

1.2.3 Enzyme cellulase

1.2.3.1 Cấu tạo

Enzyme cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thông quaphân cắt liên kết 1,4 - β - glucoside trong cellulose tạo sản phẩm glucose cung cấp chocông nghiệp lên men Nguồn thu cellulase lớn nhất hiện nay là vi sinh vật

→ Hoạt động phối hợp thủy phân cellulose thành glucose

Image 4 Cấu trúc không gian Enzyme cellulase

1.2.3.2 Tính chất

Endoglucanase thủy phân ngẫu nhiên bên trong phân tử cellulose tạo ra các loạioligosaccharide có chi u dài khác nhau Exoglucanase thủy phân các liên kết ở đầukhử và đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng ra glucose(glucanohydrolase) hoặc cellobiose (cellobiohydrolase)

Endocellulase: xúc tác quá trình cắt liên kết α - 1, 4 - glucoside trong cellulose, lignin

và α - D - glucan một cách ngẫu nhiên Sản phẩm của quá trình phân giải là cáccellulose phân tử nhỏ, cellulose và glucose

Exocellulase: cắt 2 hoặc 4 đơn vị glucose từ đầu không khử của chuỗi cellulose tạothành các cellobiose (disaccharide) và một số cellotetraose

Phân loại

D ựa vào đặc điểm cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulose thành 3 loại:

1,4 - β - D - glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.191)

1,4 - β - D - glucan 4 - glucanohydrolase (EC 3.2.1.4)

β - D - glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21)

1.2.3.3 Cơ chế tác dụng

Cơ chế 1,4- β -D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91)

Enzyme này còn có tên gọi khác như: exoglucanase, exo - β - 1,4 - glucanase,cellobiohydrolase, exo - cellobiohydrolase, exo - β - 1,4 - glucan cellobiohydrolase,1,4 - β - D - glucan cellobiosidase, cellobiosidase, CBH 1, C1 cellulase, avicelase.Enzyme này thủy phân liên kết 1,4 - β - D - glucoside từ đầu không khử của chuỗicellulose để tạo thành celllobiose

Image 5 Cơchế hoạt động của exoglucanase

Cơ chế 1,4 – β - D - glucan 4 - glucanohydrolase (EC 3.2.1.4)

Enzyme này còn có tên gọi khác như: Endoglucanase, Endo - 1,4 – β - Dglucanase,Endo - 1,4 glucanase, β - 1,4 - endoglucan hydrolase, Carboxymethyl cellulase,Celludextrinase, Cellulase A, Cellulosin AP, Alkali Cellulase, Cellulase A3, 9,5Cellulase, Avicelase, Pancellase SS

Enzyme này thủy phân ngẫu nhiên liên kết 1,4 - β - D - glucoside giữa mạch củachuỗi cellulose, lichenin và các -D-glucan của ngũ cốc

Image 6 Cơ chế hoạt động của endog ucanase

Cơ chế β - D glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21)

Enzyme này có tên gọi khác như là: β – glucosidase, β D glucosidase, β 1,6 glucosidase, β - glucoside glucohydrolase, p - nitrophenyl β - glucosidase, aryl β -

-glucosidase, gentiobiase, cellobiase, emulsin, elaterase, arbutinase, amygdalinase,primeverosidase, amygdalase, limarase, salicilinase

Enzyme này thủy phân gốc β – D - glucoside không khử ở đầu tận cùng để phóngthích ra β – D - glucose

Image 7 Cơ chế hoạt động của β - glucosidase

Image 8 Quá trình phân giải cellulose của cellulase

2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA ĐEN

Quy trình sản xuất bia đen

2.1 THUYẾT MINH QUY TRÌNH

phần nội nhũ nhanh hơn và thúc đẩy các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trongnguyên liệu khi nấu nhằm thu được dịch đường có chất lượng tốt nhất từ nguyên liệuban đầu

2.1.2 Nấu

Nguyên liệu sau khi nghiền sẽ được hòa trộn với nước ở trong thiết bị đường hóa.Lượng nước phối trộn với bột nghiền tùy thuộc vào chủng loại bia sẽ sản xuất và đặctính kỹ thuật của hệ thống thiết bị Trong môi trường giàu nước các hợp chất thấpphân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hòa tan vào nước và trở thành chất chiết của dịchđường sau này Các hợp chất cao phân tử của cơ chất như tinh bột, protein, các hợpchất chứa phospho, sẽ bị tác dụng của các enzyme tương ứng là amylase, protease,phosphatase, Khi nhiệt độ của khối dịch được nâng lên đến các điểm thích hợp chocác enzyme này hoạt động Dưới sự xúc tác của hệ enzyme thủy phân, các hợp chấtcao phân tử sẽ bị cắt thành những sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nước Là giaiđoạn quan trọng quyết định hiệu suất nấu

2.1.3 Lọc và rửa bã

Quá trình đường hóa tạo ra dịch đường giàu các chất chứa nitơ dễ đồng hóa Mụcđích của việc lọc là tách dịch đường hay dịch hèm với vỏ và những phần nội nhũ củahạt không tan, Ngoài ra, người ta mong muốn giữ lại với bã cùng với những chấtkhông mong muốn như: các kim loại nặng, lipid, Quá trình lọc bã malt được tiếnhành theo hai bước: Bước đầu lọc để tách pha lỏng ( nước và các hợp chất hòa tan ) rakhỏi hỗn hợp thu được nước nha trong để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trìnhcông nghệ, còn pha rắn - phế liệu loại bỏ ra ngoài Bước thứ hai là rửa bã chiết rút hếtchất hòa tan còn sốt lại trong bã để tăng sự khuếch tán các chất tan vào trong dịchđường Mục đích của rửa bã là thu hồi lại những chất chiết này

2.1.4 Đun sôi dịch đường ( Houblon hóa )

Sau khi lọc xong dịch đường có những đặc điểm sau:

-Vị ngọt, hương thơm nhẹ của melanoidin

-Rất đục do chứa nhiều cặn, đặc biệt là các dạng keo, những phần tử này rất dễ bị biến tính và kết tủa, tiêu biểu là những hạt có phân tử lượng cao, chứa nitơ

Bia là loại uống có vị đắng dịu với hương thơm rất đặc trưng và độ bền sinh học rấtcao Để có được những tính chất này ta phải đun sôi nó với hoa houblon Sử dụnghoublon dạng cao và houblon dạng viên

Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đường ngọt để biến nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu dàng của hoa - đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này

Polyphenol của hoa Houblon sau khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tácdụng với các hợp chất protein cao phân tử để tạo thành các phức chất dạng mảngnhầy Các phức chất này màng nhầy tạo thành từng mảng, dễ kết lắng và kéo theo cácphân tử cặn li ti trong dịch đường kết lắng theo Với quá trình này, độ bền keo củadịch đường tăng lên và thành phần sinh học của nó được ổn định

Polyphenol, chất đắng, các chất chứa nitơ trong hoa houblon là những chất tạo sứccăng bề mặt có hoạt tính rất cao Nhờ có các màng căng này, bọt khí CO2 trong biakhông dễ dàng thoát khỏi bề mặt của nó Những hợp chất này tham giai vào quá trìnhtạo bọt và là tác nhân chính giữ bọt cho bia

2.1.5 Lắng (Tách bã ) và làm lạnh

Đưa nhiệt độ dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men bia theo yêu cầu

kỹ thuật Đồng thời làm lạnh nhanh để tránh các vi sinh vật trong môi trường nhiễmvào dịch lên men Đồng thời quá trình làm lạnh nhanh cũng tạo điều kiện để tạo lắngnhững hợp chất hữu cơ kém chịu nhiệt

Giảm nhiệt độ của dịch đường để tạo điều kiện thuận lợi cho việc bão hòa O2 cho quátrình lên men sau này

2.1.6 Lên men

Lên men chính: là quá trình chuyển các chất đường và các dextrin có phân tử thấpthành rượu etylic (C2H5OH), CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theođúng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm

Lên men phụ: Tiếp tục lên men phần chất khô còn lại sau lên men chính (khoảng gần1%) bão hòa CO2 và tăng cường mùi vị cho bia Thực hiện các quá trình chín của bia( ổn định chất lượng ) Giảm lượng diacetyl Đưa về nhiệt độ thấp để hạn chế sự xâmnhập và phá hoại bia của các vi sinh vật khác

2.1.8 Bão hòa CO 2

Do các công đoạn làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất thấp nên hàm lượng CO2 ítnhiều sẽ giảm, do vậy trước khi chiết bia vào chai hoặc lon cần bổ sung hàm lượngCO2 tới mức yêu cầu

CO2 được bổ sung vào bia nhờ các đường ống dẫn dài kết hợp các đoạn nối mà hòatan vào bia Để đảm bảo độ hòa tan tốt cần :

- CO2 cần được phun vào ở dạng các bọt khí có kích thước càng nhỏ càng tốt

- Ban đầu CO2 còn liên kết với các thành phần của bia một cách lỏng lẻo, cần phải cómột thời gian để các liên kết này trở nên bền vững

- Chất lượng CO2 bổ sung phải đảm bảo : không chứa O2 và vi sinh vật nhiễm tạp,

hệ thống bão hòa CO2 thường dễ vệ sinh

- Bia sau khi bổ sung CO2 được chứa trong các thùng chịu áp suất trong thời gian từ

2 - 3 ngày để CO2 hòa tan hết vào bia ở nhiệt độ 0 - 2oC

2.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA ĐEN

2.2.1 Enzyme cellulase

2.2.1.1 Cấu tạo

Cellulase là một trong số một số enzyme được sản xuất chủ yếu bởi nấm, vi khuẩn vàcác động vật nguyên sinh xúc tác quá trình phân giải cellulo, phân giải cellulose vàmột số polysaccharide liên quan Tên này cũng có thể sử dụng để chỉ bất kỳ hỗn hợp

hoặc phức hợp tự nhiên nào gồm các enzyme khác nhau, hoạt động theo dây chuyềnhoặc cùng lúc để phân hủy vật liệu cellulose.

Enzyme cellulase được chia thành 3 loại :

Ít ảnh hưởng bởi các dung môi hữu cơ ( trừ n-butanol)

Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-12mM ảnh hưởng làm giảm hoạt tính enzyme

Độ bền nhiệt và tính đặc hiệu cơ chất có thể khác nhau

Trọng lượng của enzyme Cellulase thay đổi từ 30-110 KDa

2.2.1.3 Cơ chế tác dụng

Cơ chế Enzyme 1,4-Beta-D-glucan cellobiohydrolase (EC32191) : enzyme này thuỷphân liên kết 1,4-beta-D-glucoside từ đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thànhcellubiose

Cơ chế 1,4-Beta-D-glucanohydrolase (EC3214): Enzyme này thuỷ phân ngẫu nhiênliên kết 1,4-beta-D-glucoside giữa mạch của chuỗi cellulose,lichenin, và các Beta-D-glucan của ngũ cốc

Cơ chế Beta-D-glucoside glucohydrolase (EC32121): Enzyme này thuỷ phân gốcBeta-D-glucoside không khử ở đầu tận cùng để giải phóng ra Beta-D-glucose

2.2.2 Enzyme γ-Amylase (glucoamylase) (EC 3.2.1.3)

2.2.2.1 Cấu tạo

γ-Amylase (glucoamylase hay α-1,4-glucan-glucohydrolase) là những enzyme có thểthuỷ phân được cả hai kiểu liên kết của các mạch α-glucan để giải phóng ra ở dạng β.Glucoamylase hayγ-Amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật Đặc biệt là kiểunấm mốc aspergillus, penicillium và Rhizopus Amyloglucosidase từ nấm mốc là cácprotein có khối lượng phân tử lượng dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Dal tuỳthuộc vào nguồn gốc của Enzyme nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa cácgốc methionin, tryptophan, và một nửa gốc cystein Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗiacid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của Enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cảcác amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 - 20% gluxit trong đóchủ yếu là các mono saccharic glucose mannose, galactose và glucosamin

Các amyloglucosidase chủ yếu được tạo nên từ hai isoEnzyme I và II khác nhau ởkhả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi độ bền của chúng.Amyloglucosidase I tự hấp thụ và thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lạiamyloglucosidase II không có cả hai tính chất này

2.2.2.2 Tính chất

Glucoamylase có khả năng thuỷ phân các liên kếtα-1,4 lẫn α-1,6 glucoside

Khi thuỷ phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide, glucoamylase táchlần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose

glucoamylase; amyloglucosidase; taka-Amylase B; γ-Amylase… Là Enzyme ngoạibào.

Ngoài các liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside, glucoamylase còn có khả năng thuỷ phâncác liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside Glucoamylase có khả năng thuỷ phân hoàn toàntinh bột, glycogen, amylopectin, dextrin, panose, iso maltose và maltose thànhglucose, mà không cần có sự tham gia của các loại Enzyme khác Glucoamylase thuỷgiải các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn so với các chất có phân tử nhỏ Cácpolisaccharide có nhánh như amylopectin, glycogen, βdextrin bị glucoamylase thủyphân khá nhanh Đa số glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng có pH 3,5 – 5,5 vànhiệt độ 500C Nó bền với acid hơn α-Amylase nhưng kém bền hơn trong rượu,acetone và không được bảo vệ bởi Ca2+

2.2.2.3 Cơ chế hoạt động

Amyloglucosidase có thể giải phóng ra β-D-glucose bằng cách thuỷ phân lặp lại nhiềulần các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử, chúng cũng thuỷ phânđược các liên kết α-1,6 và α-1,3 nhưng rất chậm (10 - 30 lần) Tốc độ thuỷ phân cũngphụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cận với các liên kết glucozit được thuỷphân, cũng như kích thuớc và cấu trúc của cơ chất bị thuỷ phân Nhất là với các α-glucan mạch dài (amylose và amylopectin) thì bị thuỷ phân nhanh hơn là với cácmaltodextrin và các oligosaccharide

2.2.3 Enzyme Protease trong quá trình lên men cải thiện quá trình lên men

2.3.3.1 Cấu tạo

Protease (còn được gọi là proteinase hay peptidase) (EC.3.4.-.-) là nhóm enzym thủyphân có khả năng cắt mối liên kết peptide (-CO~NH-) trong các phân tử polypeptide,protein và một số cơ chất khác tương tự thành các amino acid tự do hoặc các peptidephân tử thấp Trong cùng một phản ứng, các protease khác nhau có các hướng xúc táckhác nhau

Nội sinh trong hạt lúa mạch, Aperguillus sp., Pineapple latex

2.3.3.2 Tính chất

Enzyme protease protein thuỷ phân thành các axitamin, các peptide, polypeptide…một phần các chất này sẽ là thức ăn cho nấm men, một phần khác là phần không thểthiếu được của bia thành phẩm

Enzyme protease thuỷ phân proteinase thể hiện hoạt tính lớn nhất Nó thuỷ phânprotein thành các polypeptide không đông tụ Tiếp theo dưới tác dụng của enzymepolypeptidase các polypeptide chuyển thành axitamin

Chế biến malt nếu sấy malt cao quá nhiệt độ quy định, enzyme này bị mất hoạt lựcnên khâu chuyển hoá quan trọng này không thể tiến hành nhanh chóng được, trongtrường hợp này bản thân protease phải phân cắt không chỉ các mối liên kết peptidetrong protein, mà trong cả polypeptide khác nhau thậm chí cả trong dipeptide

Quá trình thuỷ phân protein dưới tác dụng của enzyme protease phụ thuộc vào nhiệt

độ và PH của môi trường Ở nhiệt độ 500C và PH = 5,6 – 5,9 là điều kiện thuận lợi đểtích luỹ các sản phẩm thuỷ phân có phân tử lượng nhỏ như axit amin Ngược lại ởnhiệt độ 60oC sẽ tích luỹ các sản phẩm thuỷ phân có phân tử lượng cao nhưpolypeptide

2.3.3.3 Cơ chế tác dụng

Protease là enzyme xúc tác thủy phân protein, về cơ bản cơ chế xúc tác sinh học củaenzyme người ta đề ra nhiều giả thuyết để giải thích, nhưng đều thống nhất ở chỗ quá