BÀI TẬP CUỐI KỲ HỌC PHẦN HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA

TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TẬP CUỐI KỲ HỌC PHẦN HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA SVTH: NHÓM NGUYỄN THANH TIẾN MSSV: 2005200585 LỚP: 11DHTP7 THÔNG HƯNG LONG MSSV: 2005200709 LỚP: 11DHTP11 TP HỒ CHÍ MINH, 2022 TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TẬP CUỐI KỲ HỌC PHẦN HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA SVTH: NHÓM NGUYỄN THANH TIẾN MSSV: 2005200585 LỚP: 11DHTP7 THÔNG HƯNG LONG MSSV: 2005200709 LỚP: 11DHTP11 TP HỒ CHÍ MINH, 2022 TRƯỜNG ĐAI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM LỜI CAM ĐOAN Chúng em cam kết tập cuối kỳ học phần Hóa sinh học thực phẩm chúng em thực Các nội dung tập trung thực, không chép Các nội dung kham khảo trích dẫn nguồn thích rõ ràng TP.Hồ Chí Minh, Tháng năm 2022 Sinh viên thực Thông Hưng Long Nguyễn Thanh Tiến MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sơ lược bia: 1.2 Các nguyên liệu chế biến bia 1.3 Sơ đồ qui trình chế biến bia II ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 2.1 Enzym VSV sản xuất bia 2.2 Ứng dụng enzym sản xuất bia 2.3 Sử dụng enzym q trình đường hóa 2.4 Ổn định khả lên men 2.5 Sử dụng enzym để làm bền vững chất lượng bia làm bia III 3.1 ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT CỒN Chuyển hóa tinh bột 3.2 Vai trò loại enzyme có chế phẩm enzyme ứng dụng sản xuất cồn 3.3 Những yêu cầu chế phẩm enzyme 10 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1.1 hình dạng tế bào tinh bột Hình 3.1.2 sơ đồ chuyển hóa tinh bột Hình 3.1.3 bồn chứa hỗn hợp sau đường hóa Hình 3.2.1 enzyme amylase chuyển hóa tinh bột Hình 3.2.2 enzyme Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase Hình 3.2.3 enzyme Glucoamylase GIỚI THIỆU CHUNG Sơ lược bia: Bia loại đồ uống có độ rượu nhẹ có tính giải khát cao Ngày bia dùng rộng rãi khắp đất nước công nghệ sản xuất bia ngày ứng dụng mạnh mẽ cơng nghiệp Thành phần bia gồm có:  80-90% H2O  1,5-7% độ cồn  3-10% chất tan  0,3-0,5% CO2 Bia sản xuất từ loại nguyên liệu nước, gạo, malt đại mạch, hoa houblon, sau trình lên men cho loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, đồ cồn thấp, vị đắng dịu lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 phù hợp Ngoài ra, bia cịn chứa hệ enzym phong phú enzym amylase dùng để kích thích hệ tiêu hố Các nguyên liệu chế biến bia a Malt đại mạch: - Tên khoa học humuluss pululus - Là hạt ngũ cốc gọi lúa mạch (chiếm 70%) - Malt đại mạch dạng hạt sau xay hoà tan với nước 37oC cho vào nồi malt Đối với việc hoà tan malt khác với hồ tan gạo malt dễ bị tượng đóng cục malt khuấy trộn dạng phun nước trước cho vào nồi phun - Malt dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường khơng đủ độ màu người ta thêm malt ‘đen’ để tăng độ màu b Hoa houblon: - Là loại dây leo, thích hợp với khí hậu ôn đới, trồng nhiều Anh, Mỹ - Là nguyên liệu thiếu bia Mùi thơm có bia phần tinh dầu có hoa houblon Trong hoa houblon có chất đắng ta gặp hầu hết uống bia, đồng thời pectin hoa có vai trị giữ bọt, tăng độ bền sinh học cho bia ức chế phát triển vi khuẩn c Gạo: - Chỉ nguyên liệu phụ chiếm 30%, nguyên liệu dùng để thay để giảm giá thành sản phẩm Sơ đồ qui trình chế biến bia I ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzym amylase có mầm đại mạch để thủy phân tinh bột có mầm đại mạch Ngồi ra, người ta cịn sử dụng enzym khác có mầm đại mạch để thủy phân chuyển hóa chất khơng tan sang trạng thái tan chuyển protein, cellulose,… sang amino acid glucose Các q trình cơng nghệ thực hàng ngàn năm nhiều nước giới So với loại enzym amylase từ nguồn khác , amylase từ thóc đại mạch nảy mẩm sử dụng với số lượng nhiều Quá trình hạt đại mạch nảy mầm trình sinh tổng hợp enzym amylase nhiều enzym khác Nhờ tổng hợp enzym mà hạt tiến hành trình tự thủy phân tinh bột, protein hợp chất khác để cung cấp nguyên liệu lượng cho hạt nảy mầm Đây trình sinh lý bình thường trình nảy mầm hạt trình nảy mầm trình trao đổi chất trình sinh lý hạt chuyển từ trạng thái lượng dự trữ sang trạng thái lượng phát triển Lợi dụng quy luật sinh lý bình thường hạt, loài người biết can thiệp khoa học để trình để trình tiến hành nhanh hơn, mạnh biết ngưng giai đoạn dịnh, phục vụ cho mục đích việc tạo sản phẩm bia lúa mạch sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, xét mặt kỹ thuật thấy có số thiếu sót +Thứ : kỹ thuật nảy mầm, chất khơ có hạt bị tiêu hao Lượng chất khô bị tiêu hao trình khoảng 12% so với tổng lượng chất khơ có hạt tiêu hao điều khó tránh khỏi q trình nảy mầm hạt so với tổng lượng thóc đại mạch sử dụng để sản xuất bia nhà máy bia giới lượng chất khơ bị tiêu hao q trình nảy mầm lớn +Thứ hai : trình nảy mầm hạt q trình địi hỏi thời gian cho sinh tổng hợp loại enzym trình chuyển hóa vật chất q trình thường kéo dài khoảng 10-11 ngày Thời gian chi phí cho giai đoạn khơng nhỏ đem so sánh với tồn trình sản xuất bia +Thứ ba : sản phẩm malt nên cần phải có phân xưởng sản xuất malt nhà máy bia Do đó, địi hỏi khơng mặt sản xuất, máy móc, thiết bị cho sản xuất mà đòi hỏi lao động tiêu hao lao động cho sản xuất malt thường chiếm 1/3 tổng tiêu hao lao động chung nhà máy bia Chính thời gian từ năm 60 kỷ trước đến nay, người ta tìm nguồn enzym khác thay cho malt nhằm làm giảm bớt nhược điểm trình bày Những enzym sử dụng sản xuất bia thay malt phải bảo đảm yêu cầu sau:  Enzym thay malt cần phải phù hợp với enzym malt đặc tính tác dụng phải có hoạt tính mạnh enzym có malt Các enzym có malt bao gồm : - Các enzym thủy phân tinh bột thành đường nhóm enzym quan trọng nhất, đóng vai trị định chất lượng bia qua q trình đường hóa, q trình lên men - Các enzym protease tham gia thủy phân protein - Các enzym tham gia thủy phân cellulose, hemi-cellulose  Enzym thay malt phải bảo đảm cho việc lọc, lên men dịch đường, làm bia, tạo đặc tính bia phù hợp tạo bọt, độ tính ổn định bảo quản Sử dụng enzym từ VSV hướng nghiên cứu ứng dụng nhiều nước hướng nghiên cứu ứng dụng đạt nhiều kết Sau thời gian dài, ứng dụng cho thấy ưu điểm quan trọng sau : - Thay 30-50% malt sản xuất bia Khả thay malt chế phẩm enzym từ VSV có ý nghĩa lớn khơng mặt kỹ thuật mà cịn có ý nghĩa lớn kinh tế, đặc biệt nước khơng sản xuất thóc đại mạch, giảm ngoại tệ để nhập malt - Hạ giá thành sản phẩm bia - Giảm giá đáng kể vốn đầu tư xây dựng 2.1 Enzym VSV sản xuất bia Khi tiến hành đường hóa để tạo thành nước mu sản xuất bia enzym amylase malt , người ta nước mu có thành phần đường bảng 7.23 Số lượng loại đường bảng 7.23 cho thấy đường lên men trực tiếp (glucose) thường chiếm số lượng không nhiều không cho thêm loại enzym từ bên ngồi vào khó nâng cao mức độ lên men Do sản xuất bia , người ta thường cho enzym có nguồn gốc từ VSV từ thực vật Các loại enzym cho thêm vào sản xuất bia thường nhằm vào mục đích sau: - Nâng cao chất lượng dịch đường hóa - Nâng cao khả lên men bia - Nâng cao chất lượng ổn định chất lượng bia - Giảm giá thành sản phẩm tiến hành thay malt nguyên liệu phi malt Những ưu điểm enzym từ nguồn VSV sử dụng sản xuất bia sau: - Các chế phẩm enzym từ VSV thường có hoạt tính xúc tác mạnh chứa đầy đủ loại enzym cần thiết cho chuyển hóa tinh bột thành loại đường đặc biệt tạo loại đường có khả lên men với số lượng lớn - Các chế phẩm enzym từ VSV thường có khả hoạt động nhiệt độ cao Điều thuận lợi cho việc vận hành q trình dịch hóa đường hóa 2.2 Ứng dụng enzym sản xuất bia Ngày nay, nhiều nước giới sử dụng enzym có nguồn từ VSV để sản xuất bia có thay 30-40% nguyên liệu từ malt để nâng cao, ổn định chất lượng bia Công nghệ sản xuất bia dạng công nghệ phức tạp, qua nhiều công đoạn sản xuất khác Việc ứng dụng enzym từ nguồn VSV vào sản xuất bia nhằm mục đích thay hồn tồn amylase có malt mà ứng dụng vào công đoạn định để hồn thiện q trình sản xuất nước giới thường ứng dụng enzym công đoạn sản xuất bia sau : - Dịch hóa - Đường hóa - Giai đoạn lên men - Giai đoạn làm bia ổn định chất lượng bia Sử dụng enzym q trình dịch hóa : dịch hóa trình thủy phân sơ tinh bột protein khối bột nhiệt độ cao giai đoạn người ta thường sử dụng enzym amylase protease vi khuẩn loại enzym thu nhận từ vi khuẩn thường có hoạt tính cao khả chịu nhiệt tốt nhiệt độ cao thường làm biến tính enzym có malt Do đó, việc bổ sung enzym có khả chịu nhiệt từ nguồn vi khuẩn điều cần thiết Khi người ta cho nguyên liệu thay (bột bắp hay bột gạo) vào hỗn hợp, loại nguyên liệu không thủy phân, dễ dàng tạo độ nhớt cao, ảnh hưởng nhiều đến q trình đường hóa lên men sau Nếu ta cho thêm enzym chịu nhiệt từ nguồn VSV độ nhớt nguyên liệu giảm, làm tăng q trình đường hóa lên men sau Các thí nghiệm dùng 10% malt dịch hóa bột bắp sử dụng enzym từ vi khuẩn cho thấy độ nhớt dung dịch bột sử dụng enzym từ vii khuẩn giảm nhiều dùng malt Hiện tượng độ nhớt giảm thấy bột gạo dịch hóa có sử dung enzym từ vi khuẩn 2.3 Sử dụng enzym q trình đường hóa Đường hóa cơng đoạn sản xuất bia quan trọng, dó lượng đường tạo thành định khả lên men chất lượng bia sau Chính thế, nhiều nhà máy bia giới cho thêm enzym với số lượng lớn giai đoạn Các enzym cho vào giai đoạn enzym vi khuẩn chịu nhiệt 2.4 Ổn định khả lên men Trong nước mu, sau đường hóa có chứa 90% chất carbohydrat, số có đến 75% đường có khả lên men Phần lại 25% loại dextrin mạch thẳng mạch nhánh Trong trường hợp, lượng đường tạo thành không đạt mức độ nhiều nguyên nhân Trong ngun nhân chất lượng malt Có ba cách để làm tăng lượng đường nước mu : - Kéo dài thời gian đường hóa - Sử dụng thêm đường - Sử dụng enzym để đường hóa hết lượng tinh bột Trước người ta thường áp dụng hai cách Sau này, việc sử dụng enzym thường sử dụng Khi thêm chế phẩm enzym vào dịch đường hóa làm tăng độ lên men biểu kiến dịch đường hóa Khi sử dụng enzym , có khả sản xuất bia khơng có dextrin dư thừa chứa calori ( lượng hơn) loại bia thơng thường mức giảm đạt tới 25% Các enzym sau tham gia vào trình đường hóa cịn sót lại lẫn vào dịch lên men Về ngun tắc, hoạt tính cịn sót lại khơng ảnh hưởng đến chất lượng bia, mà ngược lại chất lượng biia sau thường tốt Ở Nga, người ta sử dụng hiệu sản xuất bia Các chế phẩm enzym sử dụng nhiều sản xuất bia Cytorozemin.Px, Amylorizin, Px1 Bằng cách sử dụng chế phẩm enzym , nhà máy bia nước Nga tiết kiệm 50% số lượng malt cần thiết sản xuất bia Mặt khác, chất lượng dịch đường hóa tăng lên, chất thải bỏ theo bã Hiệu đường hóa sử dụng chế phẩm enzym thấy sau 20-25 phút Việc tăng thêm lượng enzym vào không làm tăng lượng đường hay mức độ trích ly chất hịa tan mà tăng khả lọc lên men sau 2.5 Sử dụng enzym để làm bền vững chất lượng bia làm bia Độ bền bia bảo quản tiêu quan trọng sản xuất bia Để làm ổn định chất lượng bia, người ta thường sử dụng chế phẩm protease Nhiều nghiên cứu cho thấy pepsin, ficin, chế phẩm protease nấm sợi papain có tác dụng tốt trình ổn định chất lượng bia Trong papain ứng dụng nhiều tiến hành lên men phụ, người ta thường cho papain vào Kết tác động papain, dịch bia trở nên trình bảo quản bia, chất lượng bia không thay đổi ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT CỒN Chuyển hóa tinh bột Tinh bột có màng tế bào bảo vệ nên enzyme amylaza tác động trực tiếp Khi nghiền nguyên liệu, phần tế bào tinh bột bị phá vỡ Ở nhiệt độ môi trường tinh bột khơng hịa tan nước, đường hóa,enzyme amylaza tác dụng chậm 3.1 Hình 3.1.1 hình dạng tế bào tinh bột Sau q trình hồ hóa tiếp tục phá vỡ tế bào tinh bột, biến tinh bột trạng thái khơng hịa tan nước thành trạng thái hồ tan, giúp cho q trình đường hóa thuận lợi Chuyển hóa tinh bột hịa tan thành đường lên men Hình 3.1.2 sơ đồ chuyển hóa tinh bột Đường hoá xong dịch đường làm lạnh đến 28 đến 32 độ C đưa vào thùng lên men( thùng ủ) với 10% men giống nấm men phát triển tác dụng nấm men,đường biến thành rượu khí cacbonic nhiều sản phẩm trung gian khác.Đồng thời tác dụng amylaza,dextrin tiếp tục biến thành đường lên men glucoza maltoza Sau lên men xong ta thu hỗn hợp gồm rượu, nước bã Hình 3.1.3 bồn chứa hỗn hợp sau đường hóa Tiếp tục đem hỗn hợp chưng cất để tách rượu hợp chất dễ bay khỏi hỗn hợp Sau ta thu rượu thơ cồn thơ 3.2 Vai trị loại enzyme có chế phẩm enzyme ứng dụng sản xuất cồn Enzyme amylase vi sinh vật  có khả chịu nhiệt, tác dụng cao với tinh bột giữ hoạt lực đun sôi nước thời gian ngắn Hình 3.2.1 enzyme amylase chuyển hóa tinh bột Enzyme amylase nấm mốc có khả dextrin hóa cao ( dịch hóa ) lại vừa tạo lượng lớn glucose maltose  Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase ( hay maltase ) có tác dụng thủy phân đường maltose thành glucose không thủy phân tinh bột. Enzyme giúp cho trình lên men cuối chuyển đường thành rượu etylic nhằm nâng cao hiệu suất lên men Hình 3.2.2 enzyme Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase Glucoamylase có khả thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin…thành glucose mà khơng cần có tham gia loại amylase khác, thủy phân tinh bột thành đường lên men Hình 3.2.3 enzyme Glucoamylase Transglucosidase thường tồn song song với glucoamylase ( chế phẩm nấm mốc Asp ) , có hoạt tính thủy phân hoạt tính vận chuyển nhóm, khơng thủy phân maltose thành glucose mà tổng hợp nên isomaltose , isotriose panose Sự có mặt enzyme chế phẩm enzyme dùng để biến hình tinh bột điều khơng mong muốn , từ làm giảm hiệu suất gây vị đắng 3.3 Những yêu cầu chế phẩm enzyme Do sản phẩm malt nên cần có phân xưởng chuyên sản xuất malt nên: Enzyme thay malt cần có đặc tính phụ hợp có hoạt tính mạnh enzyme có malt bao gồm: + Các enzyme thủy phân tinh bột thành đường, nhóm enzyme quan trọng nhất, đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng, trình lên men Vd: α-Amylase sử dụng sản xuất dextrin phân nhánh có khối lượng phân tử cao + Các enzyme protease tham gia thủy phân protein + Các enzyme tham gia thủy phân cellulose, hemi-cellulose Enzyme thay malt cần đảm bảo cho việc lọc, lên men dịch đường, độ tính ổn định bảo quản Enzyme cho thêm vào sản xuất nhằm mục đích sau: + Nâng cao chất lượng dịch đường + Nâng cao khả lên men + Nâng cao chất lượng + Ổn định giá thành Tài Liệu Tham Khảo _ https://biozym.vn/cac-ung-dung-cua-enzyme-vi-sinh-vat-trong-cong-nghe-thucpham/ _ https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/enzyme-amylase-nhungdieu-can-biet/