ADH + H+ Sự khác nhau về công nghệ lên men Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính, trong khi[.]
Sự khác công nghệ lên men: Tên gọi nấm men hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát trình lên men Nấm men nổi lên bề mặt dịch cuối trình lên men chính, khid nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị kết thúc lên men Nấm men chìm cịn chia làm loại tùy thuộc vào khà kết lắng nấm men bụi nấm men kết Nấm men bụi loài nấm men phân ly mịn dịch lên men lắng từ từ kết thúc lên men Nấm men kết bơng lồi nấm men có thẻ kết dính với thời gian ngắn kết thúc lên men tọa thành khối kết bơng lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị Còn loại nấm men khơng có khả Nấm men chìm kết bơng có ý nghĩa quan trọng thực tế sản xuất bia, làm cho bia nhanh khả lên men hết đường không nấm men bụi nấm men Ngoài nhiệt độ lên men chủng khác Nấm men chìm lên men 4-120C, nấm men 14-250C Hầu hết các chủng nấm men nhạy cảm với mơi trường có nồng độ axit cao, ví dụ axit pyruvic giải phóng theo đường EMP Do vậy, q trình tiến hóa, tự thân chúng hình thành mộ chế “giải độc axit” cách chuyển hóa axit pyruvic thành rượu etylic CO2, sau hai chất tiết khỏi tế bào nấm men Kết chuỗi phản ứng NADH tạo thành q trình glucolytic lại bị oxi hóa thành dạng NAD +, chất sau lại xuất q trình chuyển hóa glucoza Bằng cách này, nấm men liên tục phát triển chuyển hóa đường, phản ứng tạo thành rượu etylic viết sau: CH3COCOOH Axit pyruvic ADH + H+ Dehydrogenaza CO2 + CH3CHO CH3CH2OH Alcoholde-hydrogenaza etanol Axit pyruvic cịn đóng vai trị trung gian cho nhiều q trình chuyển hóa chất qua trọng khác este, cacbonyl rượu bậc cao Trong năm vừa qua, nhiều khái niệm giống khác sử dụng để phân loại nấm men cách có hệ thống Mặc dù thu tiến đáng kể, đặc biệt có trợ giúp sinh học phân tử xa đạt hệ thống phân loại hoàn thiện Do vậy, cần thiết phải có phương pháp xác định đáng tin cậy để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, có tuyển chọn vi sinh vật thích hợp cho q trình lên men cơng nghiệp, trình lên men bia… Tại trung tâm lưu trữ nấm men, người ta qua tâm nhiều đến cấp độ chủng có 100 chủng nấm men khác thuộc loại S.cerevisiae xác định Chúng bao gồm chủng nấm men bia, rượu vang, rượu cồn nếm men bánh mì…Khó khăn gặp phải tiến hành phân loại giống nâm men bia nhà phân loại nấm men thường bỏ qua điểm khác nhỏ giống nấm men, yếu tố mà theo họ không qua trọng, thực tế sản xuất chúng lại có tầm quan trọng lớn mặt kỹ thuật Hiện nay, nấm men bia có hai lồi nấm men chìm S.carlsbergensis nấm men S.cerevisiae ngồi đặc điểm nêu trên, chúng cịn nhiều đặc điểm sinh hóa khác dựa vào lực lên men đường disacarit melibioza chúng Ở loài S.carlsbergensis có chứa gen MEL Các gen tạo enzyme ngoại bào ∝galactosidaza ( melibiaza ) có khả chuyển hóa đường melibioza Trong S.cerevisiae khơng chưa gen MEL khơng chuyển hóa đường melibioza Cũng dựa vào nhiệt độ phát triển để phân biệt khác rõ rệt chúng nấm men phát triển 37 0C, cịn nấm men chìm lại khơng có khả phát triển nhiệt độ Raffinoza: Galactoza Melibioza Glucoza + Fructoza Invertaza S.cerevisiae (khơng có enzym melibioza) Raffinoza: Galactoza Glucoza – Fructoza Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thường lên men nhiệt độ từ – 150C Khi kết thúc trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị Còn lên men thực điều kiện nhiệt độ từ 18 – 22 0C, cuối trình lên men tế bào nấm men kế thành chùm bị hấp thụ vào bọt khí CO lên bề mặt dịch lên men Như sản xuất bia phương pháp lên men nổi, nấm men tách khỏi bia cách hớt bọt, cịn lên men chìm xả cặn đáy thiết bị lên men Sự cần thiết phát triển chủng giống sản xuát bia đôi với phát triển công nghệ sản xuất bia Dưới đặc tính mong muốn có chủng nấm men dùng sản xuất bia: 1.Tốc độ lên men nhanh 2.Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao Có khả chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ, nồng độ CO phù hợp với nhà máy 4.Có khả kết bong kết lắng tốt 5.Có khả sống sót cao cho mục đích tái sử dụng Sản phẩm tạo bao gồm hợp chất hương vị đặc trưng cho bia Đặc tính di truyền ổn định cao Việc cải thiện chủng giống theo phần đặc tính nhà làm bia thực thao phương pháp cổ truyền Tuy nhiên, kiểm tra chặt chẽ tính trạng bộc lộ nhược điểm gây khó khăn cho chương trình nhân giống Thứ nhất, nhiều số tính trạng đa gen nhiều trường hợp hóa sinh ( kỹ thuật gen) liên quan đến kiểu hiunhf cụ thể chưa hiểu cách đầy đủ Thứ hai, nhà máy bia khơng phân tích thành phần đặc tính cụ thể q trình lên men bia thành phẩm Tuy nhiên, với trợ giúp số enzyme sau, chương trình cải thiện chủng giống đạt tới mức đại ngày bao gồm đặc tính bổ xung sau đây: Amylaza (lên men tinh bột dextrin) Proteaza (nâng cao hàm lượng nitơ dịch đường) β -Glucanaza (giúp cho bia lọc tốt hơn) Axetalactat decacboxylaza (làm giảm diaxetyl bia) Các loại enzyme khác: Xenlulaza, xenlobiaza, β -galactosidaza Q TRÌNH LÊN MEN BIA I.Mục đích: Theo định nghĩa Paster lên men “sự sống khơng có khơng khí”, lên men bia cịn q trình yếm khí tỏa nhiệt tác động nấm men Tồn nhiều dạng lên men khác hiếu khí yếm khí Q trình sản xuất bia bao gồm trình lên men rượu( ngoại trừ số bia khơng cồn) từ nguồn chất cacbonhydrat có khả lên men cho sản phẩm lên men rượu (rượu etylic rượu bậc cao), axit, este khí cacbonic II.Các biến đổi sinh hóa q trình lên men Nấm men phát triển điều kiện kị khí hiếu khí Ở điều kiện hiếu khí tế bào hơ hấp, cịn điều kiện kị khí lên men Chỉ có phương thức lên men lên men áp dụng sản xuất bia Paster định nghĩa q trình lên men “ sống khơng có khơng khí” mơ tả cho trình lên men bia Để trình diễn nấm men bia địi hỏi mơi trường dinh dưỡng Dịch chiết malt có chứa tất chất dinh dưỡng mà nấm men bia đòi hỏi Việc thiếu hụt chất dinh dưỡng dẫn đến q trình lên men cân khơng hồn tồn II.1 Q trình lên men đường tạo rượu etylic, CO2 Đường axit amin thấm qua màng tế bào nhờ enzyme “permeaza” enzyme đặc hiệu với đường axit amin Đường thấm vào màng tế bào theo thứ tự sau: glucoza, fructoza, saccaroza, maltoza Khả sinh tổng hợp enzyme permeaza biến đổi tùy thuộc vào chủng có khác điều kiện trình lên men maltoza lên men maltotrioza bảo quản nhiệt độ lạnh nhiều Khi trình lên men bị ngừng, thường khả tổng hợp enzyme permeaza nấm men, đặc biết đường (maltoza, maltotrioza), điều nguyên nhân khác Trong trình lên men nấm men tiết aminoaxit, hợp chất peptit chất tạo nên chất lượng cảm quan bia Các loại đường lên men chiết malt maltoza, maltotrioza đường saccaroza, glucoza, fructoza Đường saccaroza thủy phân bên tế bào nhờ enzym invectara thành glucoza fructoza Enzym định vị màng tế bào tiết vào mơi trường có đường saccaroza Glucoza fructoza chuyển vào tế bào để chuyển hóa Đường maltoza maltotrioza vào tế bào thủy phân thanafh đường glucoza ( hình vẽ) Enzym invertaza có tác dụng thủy phân đường saccaroza định vị màng tế bào, nhiên enzym tiết vào mơi trường có saccaroza Trong q trình lên men, nấm men thơng qua đường trao đổi chất lượng diều kiện kỹ thuật thích hợp để chuyển gluxit phân tử thấp (các đường, dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ phản ứng: C6H12O6 C2H5OH + CO2 + H2O + Q (năng lượng) Đồng thời có q trình sinh hóa xảy có xúc tác enzym hình thành trình lên men, số sản phẩm phụ hình thành axit hữu cơ, este, rượu bậc cao, aldehyt, glyxerin… Tất biến đổi dẫn đến thay đổi chất lượng chất hịa tan có dịch đường lên men biến dịch đường thành bia Thành phần, chất lượng bia phụ thuộc vào thành phần dịch đường, loại nấm men điều kiện lên men Độ lên men (là mức độ chuyển hóa đường thành etylic CO2) phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà quan trọng thành phần chất hòa tan dịch đường điều kiện tiến hành lên men (nhiệt độ, pH…) Độ lên men cuối khả lên men 100% chất chiết dịch lên men Yêu cầu sản xuất khơng có chênh lệch lớn độ lên men độ lên men cuối Đó yếu tố quan trọng cho bia có độ bền sinh học cao II.2 Q trình hấp thụ axit amin Nấm men khơng sử dụng axit amin mà sử dụng nguồn nitơ khác (photphat ammonium) điều làm thay đổi sản phẩm bậc hai trình lên men Điều giải thích có mặt diaxetyl Nếu nấm men sử dụng axit amin nhóm A khơng sử dụng valin nhón B Các axit amin sử dụng theo xắp xếp bảng sau: Bảng Các axit amin nấm men sử dụng Nhóm A Arginin Asparagin Axit aspartic Axit glutamic Glytamin Lysin Serin Threonine Nhóm B Histidin Isoloxin Loxin Methionin Valin Nhóm C Alanin Glyxin Phenylalanin Tryptophan Tryosin Nhóm D Prolin Nấm men bắt đầu hoạt động việc sử dụng axit amin nhóm A mà khơng sử dụng axit amin nhóm B Các axit amin nhóm C D khơng sử dụng q trình lên men chìm nên men nổi, ngoại trừ lên men thùng sâu có sử dụng axit amin nhóm C, axit amin nhóm D sử dụng Các axit amin dịch đường chuyển hóa theo cách (hình vẽ) Ban đầu axit amin đưa vào tế bào tham gia trực tiếp tạo thành protein nấm men Sau nhóm amin chuyển thành enzyme (transaminaza) trì khung cacbon tiết hay sử dụng để tạo thành NAD+ Ở trường hợp sau axit oxo tạo thành cacboxyl hóa Chuyển amin decacboxyl hóa để tạo thành CO2 aldehyt Sau aldehyt khử thành rượu Rượu tạo thành từ rượu bậc cao ( có nhiều nguyên tử cacbon etylic) hay rượu-fusel ( chúng tìm thấy phần dầu fusel sản phẩm cất) Các loại rượu bậc cao hợp chất tạo hương quan trọng Một phần chất chứa Nitơ dịch đường nấm men tiêu thụ, phần kết tủa lắng xuống đáy thùng lên men hay lên bề mặt, mà dẫn đến chỗ giảm hàm lượng Nitơ dịch đường Mặt khác, trình lên men từ tế bào nấm men lại tách lượng chất chứa nitơ vào thành phần dich đường Khoảng 50% nitơ dịch đường bị nấm men tiêu thụ, đồng thời lúc từ nấm men lại tách khoảng 16-17% nitơ Hàm lượng chất chưa nitơ dịch đường thường từ 60 – 70 mg/100ml tính theo protein Khi lên men phụ tàng trữ hàm lượng hạ xuống đến 50 – 55 mg/100ml Trong trình lên men chính, ta thấy có gia tăng đáng kể độ axit dịch đường, nguyên nhân tạo thành H 2CO3 số axit hữu khác Một nguyên nhân khác gây giảm pH biến đổi muối photphat dịch đường trình trao đổi chất nấm men II.3 Sự chuyển hóa chất béo Sinh tổng hợp tế bào nấm men trình lên men đòi hỏi tổng hợp lipit Những đại phân tử chủ yếu tìm thấy thành phần quan trọng màng tế bào Cả chất béo bão hịa khơng bão hịa Thơng thường với màng tế bào sinh vật nhân chuẩn, nấm men có chứa sterol (chủ yếu ergosterol) Q trình tổng hợp chất béo sterol cần thiết bắt đầu với axctyl coenzyme A để tạo thành phân tử sterol khơng bão hịa địi hỏi bước oxy hóa; q trình oxy hóa đạt nhờ có oxy phân tử, tạo thành nước Oxy phân tử dịch đường hóa malt sử dụng cho mục đích Các loại nấm men khác đòi hỏi lượng oxy khác mà nhu cầu oxy thay trình lên men việc cung cấp axit béo sterol khơng bão hịa vào mơi trường lên men Sự thiếu hụt oxy dẫn đến trình lên men nghèo nàn dẫn đến việc tăng mức axetyl coenzyme A tế bào Điều dẫn đến việc tăng hàm lượng este bia, làm ảnh hưởng đáng kể đến hương Do việc cung cấp đủ lượng oxy ban đầy vào dịch đường chuyển vào lên men quan trọng việc đảm bảo cho mơi trường lên men thích hợp II.4 Sự tạo thành sản phẩm phụ Ngoài sản phẩm tạo thành lên men rượu etylic CO2 ,cịn có số chất khác hình thành chúng đóng vai trịn quan trọng trình hình thành mùi vị bia… Rất nhiều hợp chất bay nấm men sinh làm cho bia có mùi thơm ảnh hưởng đến độ bền bọt Tất hợp chất dễ bay bia sinh trình lên men, trừ lượng nhỏ tinh dầu hoa houblon chất thơm malt tạo từ phản ứng melanoidine trình đun sôi dịch đường Người ta chia hợp chất dễ bay sinh từ trình lên men làm năm loại: Các rượu bậc cao, axit dễ bay hơi, este, aldehyt, hợp chất sulfua Các hợp chất nghiên cứu nhiều năm gần phương pháp sắc ký khí II.4.1 Các rượu bậc cao Các rượu bậc cao thành phần dầu fusel Ngồi dầu fusel cịn có axit dễ bay hơi, este aldehyt Khối lượng thành phần rượu bậc cao phụ thuộc vào thành phần dịch đường, chủng nấm men nhiệt độ Trong bia có rượu propylic, izopropylic, butylic, izobutylic, amylic, izoamylic số loại rượu khác Hàm lượng rượu thay đổi giới hạn rộng (20 – 95 mg/l) thường từ 50 – 60 mg/l Khi lên men điều kiện nhiệt độ cao hàm lượng tăng lên Hàm lượng izoamin chiếm phần chủ yếu rượu bậc cao Theo số liệu Enebo bia Thụy Điển sản xuất hàm lượng izoamylic amylic trung bình 44mg/l Trong loại bia Mỹ hàm lượng izoamylic lên đến 58 mg/l Nếu amylic hàm lượng chiếm tới 77mg/l, loại rượu bậc cao khác chiếm từ vài mg/l Mỗi loại rượu bậc cao gây cho bia có mùi vị khác nhau, nói chung chúng cho bia có mùi vị khó chịu Phần lớn rượu bậc cao tạo thành trình lên men chính, lúc đầu mạn sau yếu dần Trong trình lên men phụ hàm lượng tăng lên khơng đáng kể Sự hình thành rượu bậc cao kết q trình sinh hóa, trước theo thuyết Ehrlich nguồn gốc chủ yếu rượu bậc cao aminoaxit, ngày thuyết chứng minh rõ Quá trình có thẻ biểu diễn sau: R-CHNH2-COOH + H2O R-CH2OH + CO2 + NH3 Theo Nolberg trình cịn qua giai đoạn trung gian như: R-CHNH2-COOH R-CNH-COOH R-CHO R-CO-COOH R-CH2OH Theo thuyết ta thấy nguồn N cho nấm men NH hình thành sau trình Ngược lại cho aminoaxit thức ăn nấm men, chúng sử dụng trực tiếp aminoaxit mà không phá vỡ cấu trúc phân tử chúng Theo tác giả nấm men sử dụng lượng nitơ sau: 50% lấy trực tiếp từ axit amin 40% từ axit amin amin hóa 10% dạng nitơ tự NH Trái ngược với Ehrlich Noiberg, Genevois Lafen lại cho rượu bậc cao hình thành từ axit valariomic; ơng chứng minh điều cách dùng nguyên tử đánh dấu Veselov lại cho hình thành rượu baancj cao có mặt axit pyrotractic kết phản ứng Konichare: R-CO-COOH R-CHO + R-CHO R-CHO + CO2 + H2O R-CH2OH + R-COOH Cùng với rượu bậc cao, glyxerin hình thành trình lên men Chúng hình thành aldehyt glixeric bị khử Aldehyt glyxeric hình thành fructozodiphotphat bị phá vỡ dạng aldehyt glyxeric photphodiocxyxeton Ngoài ra, glyxerin cịn hình thành đề amin hóa axit glutamic Trong bia hàm lượng glyxerin có từ 1,5 – 3,0 g/l Bảng Một số rượu bậc cao chủ yếu hình thành q trình lên men Rượu bậc cao Cơng thức Propanol Isobutanol (2 metyl propanol) Active amyl alcohol (2 metyl butanol) Iso amyl alcohol (3 metyl butanol) phenyl etanol ( β phenyl etanol) CH3CH2CH2OH CH3CHCH2OH CH3 CH3CH2CHCH2OH CH3 CH3CHCH2CH2OH CH3 Nồng độ (mg/l) 40 15 Ngưỡng nhận biết (mg/l) -10 -10 50