Biến đổi sinh hóa trong sản xuất bia

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU BIẾN ĐỔI SINH HĨA TRONG SẢN XUẤT BIA MƠN: HĨA SINH HỌC THỰC PHẨM GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 10 11/11/2017 Danh sách thành viên nhóm 10 Lê Ngọc Kim Uyên Hoàng Thị Thơ Vương Trịnh Minh Thảo Đặng Nguyễn Hiếu Sang Nguyễn Phạm Khánh Vui 2022150060 2022150095 2022150201 2022150067 2022150110 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I GIỚI THIỆU VỀ BIA Tổng quan bia Quy trình cơng nghệ sản xuất bia a Nguyên liệu b Quy trình công nghệ II MỤC ĐÍCH CỦA Q TRÌNH NẤU BIA III VAI TRÒ CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA Thay malt enzyme Phân loại enzyme 12 a Nhóm enzyme thủy phân (Hydrolaza) 12 b Nhóm enzymee oxy hóa khử (Decmolaza) .13 IV QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT 16 Các biến đổi tinh bột trình nấu tác dụng enzyme 16 Q trình đường hóa tinh bột (hay trình thủy phân tinh bột) 16 a Sự hồ hóa 16 b Sự dịch hóa .17 c Sự đường hóa 17 Các sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành q trình đường hóa liên quan đến hoạt động nấm men .17 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân tinh bột q trình đường hóa quan trọng 18 V QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN .20 Thủy phân protein 20 Hệ enzyme đặc điểm trình thủy phân protein .20 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu sản phẩm thủy phân protein 22 VI KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nghành cơng nghệ thực phẩm đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân có lĩnh vực chế biến đồ uống Bia loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng Ngồi việc cung cấp lượng calori lớn, bia chứa hệ enzim phong phú, đặc biệt nhóm enzim kích thích tiêu hóa amylaza Được sản xuất từ nguyên liệu đại mạch ươm mầm, hoa houblon nước với quy trình cơng nghệ đặc biệt, bia có tính chất cảm quan hấp dẫn người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 cao (4 – 5g/l) giúp người giải khát cách triệt để ta uống Để tạo bia đạt chất lượng thu hút quan tâm nhiều người trình sản xuất bia cần phải thực quy trình hồn thiện Chất lượng bia xem kết từ trình hoạt động nấm men giai đoạn lên men bia Sau phần tìm hiểu thơng tin chi tiết cơng nghệ sản xuất bia nói chung biển đổi hóa sinh sản xuất bia nói riêng I GIỚI THIỆU VỀ BIA Tổng quan bia Bia loại nước uống chứa cồn sản xuất trình lên men đường lơ lửng mơi trường lỏng khơng chưng cất sau lên men Nói cách khác, bia loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp có hương vị đặc trưng hoa houblon Đặc biệt CO2 hòa tan bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho trình tiêu hóa, ngồi bia chứa lượng vitamin phong phú (chủ yếu vitamin nhóm B vitamin B1, B2, PP .) Nhờ ưu điểm này, bia sử dụng rộng rãi hầu giới với sản lượng ngày tăng Đối với nước ta bia trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày tăng trở ngành công nghiệp mũi nhọn ngành cơng nghiệp nước ta Q trình sản xuất bia gọi nấu bia Do thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo khu vực, đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác có khái niệm loại bia hay phân loại khác Quy trình cơng nghệ sản xuất bia a Nguyên liệu - Malt: Bằng cách ngâm hạt lúa mạch vào nước, cho phép chúng nảy mầm đến giai đoạn định sau làm khơ hạt nảy mầm lò sấy để thu hạt ngũ cốc mạch nha hóa (malt) Mục tiêu chủ yếu quy trình giúp hoạt hóa, tích lũy khối lượng hoạt lực enzyme đại mạch Hệ enzyme giúp chuyển hóa tinh bột hạt thành đường hòa tan bền vững vào nước tham gia vào trình lên men Thời gian nhiệt độ sấy khác áp dụng để tạo màu malt khác từ loại ngũ cốc Các loại mạch nha sẫm màu sản xuất bia sẫm màu - Hoa Houblon: Hoa houblon người biết đến đưa vào sử dụng khoảng 3000 năn TCN Đây thành phần quan trọng thay quy trình sản xuất bia, giúp mang lại hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Cây hoa bia trồng nông dân khắp giới với nhiều giống khác nhau, sử dụng sản xuất bia chủ yếu Hoa Houblon đem dùng dạng tươi, để bảo quản lâu dễ vận chuyển, houblon sấy khô chế biến để gia tăng thời gian bảo quản sử dụng - Nước: Do thành phần bia nước nên nguồn nước đặc trưng có ảnh hưởng quan trọng tới đặc trưng bia Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng chí xác định theo đặc trưng nước khu vực sản xuất bia Mặc dù ảnh hưởng tác động tương hỗ loại khống chất hòa tan nước sử dụng sản xuất bia phức tạp, theo quy tắc chung nước mềm phù hợp cho sản xuất loại bia sáng màu Do đó, để đảm bảo ổn định vể chất lượng mùi vị sản phẩm, nước cần xử lí trước tham gia vào trình sản xuất bia nhằm đạt tiêu chí chất lượng định - Men bia: men bia vi sinh vật có tác dụng lên men đường giống men bia cụ thể lựa chọn để sản xuất loại bia khác Men bia chuyển hóa đường thu từ hạt ngũ cốc tạo cồn cacborn đioxit (CO2) b Quy trình cơng nghệ II MỤC ĐÍCH CỦA Q TRÌNH NẤU BIA Trong bột Malt, có chất hòa tan nước tham gia vào thành phần bia ( đường, dextrin, axit vô số protein) Còn hầu hết hợp chất bột malt khơng tan nước, nghĩa khơng tham gia vào thành phần bia (tinh bột, xenluloza, số protein cao phân tử hợp chất khác) Vậy q trình đường hóa q trình hòa tan vào nước chất có bột nghiền Malt Tất chất tan vào dung dịch gọi chất chiết hay dịch hỗn hợp sau đường hóa gọi dịch hèm bao gồm bã malt chất khơng hòa tan khác Về mặt kinh tế, hàm lượng chất chiết thu cao tốt, giá trị đánh giá hiệu suất thu hồi tổn thất nhà máy Bên cạnh đó, chất lượng chất chiết quan trọng, hợp chất không mong muốn ( ví dụ tanin vỏ trấu) tốt, ngược lại nhiều đường số sản phẩm thủy phân từ protein tốt Tóm lại, mục đích q trình đường hóa tạo nhiều chất chiết chất lượng dịch cao tốt phần lớn chất chiết tạo nhờ phản ứng enzyme, enzyme hoạt động mạnh nhiệt độ thích hợp Bởi vậy, q trình đường hóa thực điểm nhiệt độ thích hợp cho hoạt động enzyme MỤC ĐÍCH CỦA Q TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT BẰNG ENZYME Để phân cách amyloza, amylopectin dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dễ hòa tan vào nước trở thành chất hòa tan dịch đường phản ứng tinh bột chất chất xúc tác nhóm enzyme amylaza có sẵn malt Trong trường hợp sử dụng nguyên liệu chưa ươm mầm với khối lượng lớn để thu chất hòa tan cao điều cần thiết phải bổ sungh chế phẩm enzymee từ vào Chế phẩm enzyme từ vi sinh vật, - amylaza nhiều trường hợp chứa thêm glucoamylaza số enzymee khác mà malt đại mạch khơng có III VAI TRÒ CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA Thay malt enzyme Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzyme amylase có mầm đại mạch để thủy phân tinh bột có mầm đại mạch Ngồi ra, người ta sử dụng enzyme 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 enzyme 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 enzyme amylase nhiều enzyme khác Nhờ tổng hợp enzyme 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 Quá 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 khơ bị tiêu hao q trình khoảng 12% so với tổng lượng chất khơ có hạt tiêu hao điều khó tránh khỏi 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 : q trình nảy mầm hạt q trình đòi hỏi thời gian cho sinh tổng hợp loại enzyme q trình chuyển hóa vật chất q trình thường kéo dài khoảng 10-11 ngày Thời gian chi phí cho giai đoạn không nhỏ đem so sánh với tồn q trình sản xuất bia  Thứ ba : sản phẩm malt nên cần phải có phân xưởng sản xuất malt nhà máy bia Do đó, đòi 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 enzyme khác thay cho malt nhằm làm giảm bớt nhược điểm trình bày Những enzyme sử dụng sản xuất bia thay malt phải bảo đảm yêu cầu sau:  Enzyme thay malt cần phải phù hợp với enzyme malt đặc tính tác dụng phải có hoạt tính mạnh enzyme có malt Các enzyme có malt bao gồm : - Các enzyme thủy phân tinh bột thành đường nhóm enzyme quan trọng nhất, đóng vai trò định chất lượng bia qua q trình đường hóa, q trình lên men - Các enzyme protease tham gia thủy phân protein - Các enzyme tham gia thủy phân cellulose, hemi-cellulose  Enzyme 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 ex từ vi sinh vật 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 enzyme từ VSV có ý nghĩa lớn khơng mặt kỹ thuật mà có ý nghĩa lớn kinh tế, đặc biệt nước không 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 - Dịch hóa đường hóa giai đoạn lên men giai đoạn làm bia ổn định chất lượng bia sử dụng enzyme q trình dịch hóa : dịch hóa trình thủy phân sơ tinh bột protein khối bột nhiệt độ cao Ở giai đoạn người ta thường sử dụng enzyme amylase protease vi khuẩn Các loại enzyme thu nhận từ vi khuẩn thường có hoạt tính cao khả chịu nhiệt tốt Nhiệt độ cao thường làm biến tính enzyme có malt Do đó, việc bổ sung enzyme 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 enzyme chịu nhiệt từ nguồn vi sinh vật 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 enzyme từ vi khuẩn cho thấy độ nhớt dung dịch bột sử dụng enzyme từ vi khuẩn giảm nhiều dùng malt Hiện tượng độ nhớt giảm thấy bột gạo dịch hóa có sử dung enzyme từ vi khuẩn Sử dụng enzyme 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 enzyme với số lượng lớn giai đoạn Các enzyme cho vào giai đoạn enzyme vi khuẩn chịu nhiệt Ổn định khả lên men 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 Khi sử dụng enzyme, có khả sản xuất bia khơng có dextrin dư thừa chứa calori ( lượng hơn) loại bia thông thường mức giảm đạt tới 25% Các enzyme sau tham gia vào q trình đường hóa sót lại lẫn vào dịch lên men Về nguyên tắc, hoạt tính sót lại khơng ảnh hưởng đến chất lượng bia, mà ngược lại chất lượng bia sau thường tốt Bản chất enzyme protein Chúng tham gia xúc tác phản ứng hóa sinh hạt đại mạch Từ biến dần hạt đại mạch thành hạt malt Trong quy trình cơng nghệ, enzyme chịu nhiều tác động nhiều yếu tố khách quan, song thực tế cho thấy ảnh hưởng mạnh đến hoạt tính enzyme nhiệt độ, pH, nồng độ dung dịch Phân loại enzyme Enzyme hợp chất hữu có hoạt tính sinh học cao, có cấu tạo phân tử phức tạp giữ vai trò đặc biệt cơng nghệ sản xuất bia Trong hạt đại mạch có chứa lượng enzyme phong phú, chúng xếp vào hai nhóm: nhóm enzyme thủy phân nhóm enzymee oxi hóa khử a Nhóm enzyme thủy phân (Hydrolaza)  Cacbohydraza Nhóm enzyme thủy phân glucoxit cao phân tử thành sản phẩm thấp phân tử Trong nhóm có chia nhóm nhỏ polyaza hexozidaza - Hexozidaza enzyme tham gia xúc tác thủy phân disacharide, trisacharide số glucozid khác thành đường đơn - Polyaza enzyme thủy phân gluxit cao phân tử amylaza (diastaza) sitaza + Amylaza phân cắt tinh bột thành sản phẩm dạng đường dextrin Amylaza bao gồm hai enzyme - amylaza β - amylaza * Enzime - amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza dextrin làm cho độ nhớt dịch cháo nhanh chóng giảm xuống, chúng hoạt hóa giai đoạn ngâm ươm mầm Là enzyme chịu nhiệt tốt nhất, nhiệt độ tối thích 700C, pH=5,7 * Enzime β - amylaza tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh hai đầu mạch amylopectin Sản phẩm q trình phân cắt đường maltoza dextrin Nhiệt độ thích hợp cho enzymee hoạt động 630C, pH = 4.7 + Sitaza gồm hai enzyme sitolactaza sitolitaza Enzyme đầu thủy phân hemixelluloza thành sản phẩm trung gian, enzymee sau thủy phân sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối pentoza hexoza Nhờ có q trình phân cách mà tế bào bị phá hủy tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme khác xâm nhập vào nâng cao hoạt lực  Proteaza Thủy phân sản phẩm trung gian số chất tiếp tục bị phân cách đến sản phẩm cuối acid amin amoniac NH3 Proteinaza thúy phân thành albumoza pepton, chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptit, polypeptid Enzyme hoạt động tốt pH = 4.6 - 5.0 nhiệt độ 500C Peptidaza gồm hai enzymee dipeptidaza polypeptidaza, chúng tác động lên dipeptid polypeptid để phân cắt chúng thành acid amin Enzyme hoạt động mạnh pH = 7.5 nhiệt độ 50 - 520C Nếu pH < enzymee trở thành vơ hoạt Amidaza cắt nhóm amin khỏi acid amin để tạo thành acid hữu giải phóng NH Chúng phá vỡ liên kết peptid (- CO-NH-) amin để phá hủy chúng  Esteraza Enzyme phân cắt mối liên kết este hợp chất hữu khác hợp chất hữu vơ Chúng chia làm hai nhóm: lipaza phospataza - Lipaza phá vỡ liên kết este rượu đơn đa chức với acid bậc cao Enzymee phân bố chủ yếu phôi lớp alơron, nhiệt độ tối ưu cho hoạt động 350C, pH = - Amilophosphataza tham gia hỗ trợ thủy phân tinh bột, chúng cắt mối liên kết este acid phosphoric phân tử amylopectin nhờ mà tinh bột hồ hóa 10 cách dễ dàng Nhiệt độ tối ưu 700C, pH = 5,6 - Fitaza có chức phá vỡ liên kết este acid phosphoric với inozit, tức chúng tham gia thủy phân fitin Q trình đóng vai trò quan trọng H 3PO4 giải phóng làm tăng độ chua tác dụng tăng cường lực đệm dịch đường b Nhóm enzymee oxy hóa khử (Decmolaza) Nhóm enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa khử trình hơ hấp phân giải yếm khí gluxit, nghĩa chúng tham gia trực tiếp vào trình trao đổi chất tế bào Nhóm enzyme đóng vai trò định việc hoạt hóa phát triển phôi giai đoạn ươm mầm Một số enzyme khác nhóm tham gia vào phản ứng oxy hóa khử hợp chất poliphenol, protein hợp chất khác chúng gây ảnh hưởng gián tiếp đến số chất lượng dịch đường bia thành phẩm tiêu biểu dehidraza, oxydaza catalaza 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 khơng thay đổi  Vai trò enzyme protease: Nó có vai trò quan trọng việc tăng nhanh q trình sản xuất, tăng hiệu suất trích ly, thủy phân hoàn toàn protein, làm giảm độ nhớt, triệt tiêu nguyên nhân làm đục bia, tăng tính cảm quan cho sản phẩm Khắc phục malt đại mạch chất lượng ( khơng có khả chuyển hóa hết tinh bột thành dextrin, đường lên men ) thường dùng chế phẩm enzyme thủy phân thuộc hệ amilaza Termamyl 120L SC, hệ enzymee proteaza Neutrase 0,5L 11 Quá trình chế biến dịch đường có mục tiêu tìm điều kiện tối ưu chuyển nhiều chất có nguyên liệu vào dịch trở thành chất chiết dịch đường Để đạt mục đích ngồi q trình khuyếch tán đơn giản chất thấp phân tử hòa tan tác dụng nhiều hệ enzyme khác Hình 1.Cấu trúc khơng gian enzymee Protease  Thủy phân fitin Trong hợp chất hữu chưa phospho fitin cấu tử chiếm nhiều khối lượng có ý nghĩa công nghệ sản xuất bia Cũng giống chất khác giai đoạn ươm mầm, fitin bị thủy phân cục với tốc độ bé Đến giai đoạn đường hóa, q trình xảy với tốc độ tối đa với xúc tác enzim fitaza Chức fitaza xúc tác phân cắt acid phosphoric khổi phân tử amylopectin Nhiệt độ tối ưu enzime 45-500C, pH 5,2-5,3 Sự thủy phân fitin hợp chất hữu khác chứa phospho kèm theo giải phóng acid phosphoric làm cho độ chua định phân tính đệm dịch cháo tăng lên Điều có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ sản xuất dịch đường, tăng độ chua dịch cháo luoon kèm theo gia tăng hiệu suất đường hóa nhiều ảnh hưởng dương tính tới dịch đường thu Thủy phân Hemixelluloza Ở giai đoạn ươm mầm, thành tế bào nội nhũ bị biến dạng Đến giai đoạn đường hóa chúng thực bị phá hủy Sự thủy phân Hemixelluloza mang hai ý nghĩa: thứ cung cấp, bổ sung chất hòa tan cho dịch đường, thứ hai phá bỏ 12 hàng rào chắn, tạo điều kiện cho enzyme lại hoạt động mà khơng bị vướng chướng ngại vật Tham gia thủy phân Hemixelluloza nhóm enzymee sitaza Nhiệt độ tối ưu chúng 450C pH 5,0 Biến đổi trình phi enzymee Ngồi q trình enzymee xúc tác thủy phân hợp chất cao phân tử, thời gian đường hóa xảy nhiều q trình quan trọng khác mà kết chúng ảnh hưởng trực tiếp mức độ cao đến thành phần tính chất thành phẩm IV QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT Trong trình nấu nguyên liệu, hoạt động enzyme có sẵn nguyên liệu quan trọng Để cho enzyme hoạt động tốt q trình nấu, ta phải kiểm sốt yếu tố nhiệt độ, pH thích hợp cho loại enzyme để chúng tiến hành thủy phân nguyên liệu cách hiệu Các biến đổi tinh bột trình nấu tác dụng enzyme Enzyme amylase: Hoạt động tốt nhiệt độ 70 – 75 0C, pH khoảng 5,6 – 5,8 tác động lên mạch amylose amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit phân tử tinh bột chuyển thành destrin, lượng nhỏ maltose glucose Enzyme amylase: Hoạt động tốt nhiệt độ 60 – 65 0C, pH khoảng 5,4 – 5,6 tác động lên mạch amylose mạch nhánh amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit theo kiểu đôi sản phẩm tạo thành đường maltose lượng nhỏ destrin Phương trình tổng quát: (C6H10O5)n + n H2O  n C6H10O6 Khi nhiệt độ lên tới 80 – 85 0C hầu hết enzyme ngừng hoạt động, nhiệt độ lúc đóng vai trò hồ hóa tinh bột, hỗ trợ yếu tố công nghệ cho giai đoạn sau Khi nhiệt độ lên tới 100oC lúc lúc nấu chín hồn tồn hạt tinh bột Q trình đường hóa tinh bột (hay q trình thủy phân tinh bột) 13 Được diễn qua giai đoạn theo trình tự sau: a Sự hồ hóa Khi ngâm nước nóng, lượng nước thấm vào phân tử tinh bột làm tăng thể tích hạt, dẫn đến trương nở, cuối vỡ tung Dịch tăng độ nhớt, tùy vào độ hút nước bột malt loại nguyên liệu thay malt sử dụng Qúa trình phân hủy diễn khơng mang tính hóa học gọi q trình hồ hóa Sau hồ hóa, tinh bột khơng liên kết chặt chẽ với nữa, phân tử tinh bột giải phóng tự vào dung dịch nhớt, tạo thuận lợi cho enzyme amylase dịch tác động trực tiếp với tinh bột – thủy phân tinh bột diễn nhanh Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào tinh bột loại hạt cỡ to hạt tinh bột, hạt nhỏ nhiệt độ hồ hóa cao Tinh bột gạo bị hồ hóa 80 – 85 0C, nhiệt độ hồ hóa cao , tinh bột lúa mì bắt đầu hồ hoa nhiệt độ 60 – 85 0C, tinh bột khoai tây hồ hóa 55 – 600C b Sự dịch hóa Trong phân tử tinh bột có chuỗi mạch dài tạo nên từ gốc glucoza (amyloza amylopectin) bị phá hủy nhanh chóng enzyme amylase hình thành mạch ngắn hơn, làm độ nhớt dung dịch giảm nhanh Enzyme amylase phân tách từ từ mạch tinh bột từ đầu không khử, nên thủy phân từ enzyme chậm Vậy q trình dịch hóa làm giảm độ nhớt dịch bột hồ hóa Enzyme tác động dịch hóa thích hợp nhiệt độ 60 – 700C, pH = 4,6 dễ bị phá hủy nhiệt độ 800C thời gian ngắn c Sự đường hóa Sự thủy phân tinh bột diễn gian đoạn đường hóa chủ yếu là: - amylase: phân cắt mạch dài thành destrin ngắn hơn; hoạt động tốt nhiệt độ 70 – 750C pH = 5,6 – 5,8; bị vô hoạt nhanh 800C - amylase: tạo maltosza từ đầu không khử mạch, tạo glucoza maltotrioza, hoạt động tốt 60 – 65 0C pH = 5,4 – 5,6 Rất nhạy với nhiệt độ cao hoạt tính 700C 14 Sự thủy phân tinh bột cần theo dõi kiể tra liên tục, tinh bột destrin mạch dài thủy phân hết gây đục dịch Thời gian thủy phân phân tử tinh bột không phân tử tinh bột destrin mạch dài (sử dụng phương pháp dùng iod) gọi thời gian đường hóa Các sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành q trình đường hóa liên quan đến hoạt động nấm men - Destrin: không lên men - Maltotrioza: lên men số chủng nấm men S.cerevisiae, lên men sau maltoza lên men hết - Maltoza disaccaride khác: nấm men lên men dễ dàng - Glucoza: loại đường nấm men sử dụng bắt đầu lên men Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân tinh bột q trình đường hóa quan trọng Gồm yếu tố chính: - Ảnh hưởng nhiệt độ: Ở 62 – 63 0C thu nhiều maltoza độ lên men cuối đạt cao nhất, dịch chứa nhiều maltoza lên men nhanh nấm men hoạt động tốt giữ lơ lửng dịch lâu Ở 62 – 64 0C thời gian dài thu dịch cuối cao nhất, vượt nhiệt độ tới tới 72 – 75 0C thời gian dài dịch có nhiều destrin độ lên men cuối thấp Ảnh hưởng nhiệt độ lớn nên phải giữ khoảng nhiệt độ tối ưu enzyme suốt trình nấu: o Nhiệt độ tạo maltoza = 62 – 630C (nhiệt độ tối ưu amylase) o Nhiệt độ đường hóa 72 – 750C (nhiệt độ tối ưu amylase) o Nhiệt dộ cuối trình nấu 76 – 780C Nhiệt độ cao độ nhớt giảm, dễ lọc dịch Tuy nhiên để đường hóa hết tinh bột sót dịch, cần giữ nhiệt độ 78 0C để tránhamylase bị vô hoạt - Ảnh hưởng thời gian: Trong trình đường hóa, enzyme hoạt động theo hai giai đoạn độc lập 15 o Giai đoạn 1: enzyme hoạt động mạnh sau 10 – 20p, hoạt tính đạt cực đại 62 – 680C o Giai đoạn 2: Sau 40 – 69p, hoạt tính enzyme bắt đầu giảm, tốc độ giảm từ chậm đến nhanh - Ảnh hưởng pH: pH = 5,5 – 5,6 tối ưu cho hai loại enzyme Hàm lượng chất chiết cao pH tăng, tạo nhiều đường lên men độ lên men cao Tuy nhiên, pH dịch hèm phụ thuộc thành phần nước nấu chất lượng malt nên thường có pH cao hơn, khoảng 5,6 – 5,9; ta phải làm giảm pH - Ảnh hưởng nồng độ dịch hèm: Với dịch hèm đặc, chất khó hòa tan vào dịch enzyme khó bị vơ hoạt nhiệt, lượng đường lên men độ lên men tăng So với yếu tố lại ảnh hưởng nồng độ dịch hèm thấp V QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN Thủy phân protein Hàm lượng hợp chất chứa nito thành phần chất hòa tan dịch đường chiếm khoảng 5-7%( so với tổng số chất hòa tan) chúng đóng vai trò quan trọng việc đảm bảo tiến trình lên men bình thường định hình khung chất lượng bia thành phẩm Pha sản phẩm thấp phân tử trình thủy phân ( axit amin peptit) nguồn dinh dưỡng nito nấm men, pha có phân tử lượng trung bình (albumoza,pepton,polypeptid) góp phần khơng nhỏ cho việc tạo vị đậm đà, tham gia vào trình tạo giữ bọt cho bia Trong công nghệ sản xuất bia, hàm lượng hợp chất thấp phân tử chứa nito số quan trọng, quan trọng có ý nghĩa tỷ lệ pha sản phẩm thủy phân 16 Mỗi loại bia có yêu cầu riêng tỷ lệ pha thấp phân tử phân tử lượng trung bình Về cấu thành phần sản phẩm thủy phân protein, nói chung định đoạt gia đoạn đường hóa Hệ enzyme đặc điểm trình thủy phân protein Phản ứng thủy phân protein enzyme thực tế xảy giai đoạn ươm mầm đại mạch Ở giai đoạn đó, phản ứng xảy chậm chạp, triệt để, có nghĩa làq trình thủy phân mang tính chiều sâu, sản phẩm tạo thành chủ yếu hợp chất thấp phân tử ( axit amin, polypeptide bậc thấp)dễ hòa tan bền vững nước Ở giai đoạn đường hóa, q trình lại tiếp tục với tốc độ cao điều kiện tạo thích hợp cho hoạt động enzyme thủy phân Khác với tinh bột 80% chuyển hóa thành sản phẩm dễ hòa tan, giai đoạn có lượng khoảng 1/3 – 2/5 tổng lượng hợp chất chứa nito chuyển hóa thành sản phẩm hòa tan, phần lại bị thải theo bả malt dạng kết tủa Ở đại mạch thơng thường có khoảng 1,5 – 1,6% lượng protein hòa tan( hợp chất hòa tan chứa nito tính theo protein) nghĩa khối lượng chúng chiếm 15 -16% lượng đạm tổng Ở giai đoạn ươm mầm hàm lượng chúng tăng gấp đôi khoảng 30% Thủy phân protein giai đoạn đường hóa khác với giai đoạn ươm mầm thành phần sản phẩm tạo thành, tức nói đến mức độ thủy phân hay bề sâu trình Thủy phân giai đoạn đường hóa có mức độ thô so với giai đoạn ươm mầm, sản phẩm tạo thành chủ yếu thuộc pha phân tử lượng trung bình (albumoza, pepton, peptid bậc cao) Theo Kolbach 56% lượng đạm formol dịch đường tạo thành giai đoạn ươm mầm, giai đoạng đường hóa tạo 23% phần lai 21% có sẵn đại mạch Sự khác mức độ thủy phân hai giai đoạn giải thích điều kiện khác mà hai q trình xảy Một phần số sản phẩm thủy phân hòa tan vào dịch đường, bị biến tính kết tủa giai đoạn đường hóa, phần bị biến tính kết tủa q trình đun sơi dịch đường với hoa houblon Có ý nghĩa chất lượng bia phần chứa nito tồn lại dịch đường sau hai q trình Những phần lại gọi sản phẩm bền nhiệt protein Trong hợp phần hai loại 17 sản phẩm : loại thứ không kết lắng, tức chúng tạo thành dung dịch bền vững ; loại thứ hai trước mắt chưa kết lắng điều kiện kết lắng nguyên nhân gây đục cho dịch đường bia Ở giai đoạn đường hóa, protein ( protit đơn giản) hay proteid ( protit phức tạp) chịu tác động phân cắt proteaza Tham gia thủy phân protein giai đoạn đường hóa có hai loại enzyme: exopeptidaza endopeptidaza Endopeptidaza hay gọi proteinaza phân cắt liên kết peptid củađại phân tử protein để tạo thành albumoza, pepton, polypeptide Phản ứng tổng quát có dạng: CO-NH - - COOH + - -COOH + Endopeptidaza malt đại mạch có khả hoạt động mạnh chúng công lên phân tử protein lần bị biến tính Vùng pH tối ưu enzyme 4,6 đến 4,9 dao động tùy thuộc vào thơng số chất Vùng nhiệt độ tối ưu 50- 60 độ C Endopeptidaza enzyme bền nhiệt Khả bền nhiệt thể pH môi trường nằm khoảng 4,4 – 4,6 Ở nhiệt độ 50 độ C tác dụng enzyme này, sản phẩm tạo thành từ thủy phân protein chủ yếu peptid polypeptide nhiệt độ 60 độ C sản phẩm tạo thành chủ yếu thuộc nhóm albumoza Exopeptidaza hay gọi peptidaza nhóm enzyme khơng hai cấu tử, phân cắt polypeptide thành dipeptide sau tạo thành axit amin Trong xác tác q trình thủy phân mạch polypeptide, nhóm enzyme bẻ gãy mối liên kết peptid gần nhóm amin ( phân ly gần nhóm định chức cacboxyl ( -COOH), vấn đề phân tử lượng chất vấn đề thứ yếu Nét đặc trưng chủ yếu nhóm enzyme exopeptidaza chúng thể tính đặc hiệu cao chất Nhóm enzyme bao gồm enzyme : aminopeptidaza cacboxypeptidaza Hoạt lực enzyme thứ thể phân tử chất có chứa nhóm tự nhóm –COOH enzyme thứ hai có nhóm –COOH tự Tất enzyme nhóm enzyme exopeptidaza thể hoạt tính tối đa pH – nhiệt độ 40 – 42 độ C Trong môi trường giàu nước hoạt lực chúng yếu dần 18 nhiệt độ tăng đến 50 độ C nhiệt độ 60 độ C phân tử chúng bị biến tính phi thuận nghịch Trong điều kiện đường hóa nguyên liệu, nhóm enzyme khó hoạt động pH nhiệt độ mơi trường xa so với vùng tối ưu chúng.Trong kỹ thuật sản xuất, trước lúc tiến hành đường hóa, ta phối trộn bột nghiền với nước nhiệt độ 40 – 42 độ C nhằm mục đích peptidaza phân cắt protein Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu sản phẩm thủy phân protein Nói đến cấu sản phẩm thủy phân protein tức nói đến tỷ lệ khối lượng pha sản phẩm : thấp phân tử, phân tử lượng trung bình cao phân tử Mỗi loại bia cụ thể yêu cầu tỷ số phải nằm phạm vi xác định Tác nhân để tạo tỷ số hệ enzyme, yếu tố gây ảnh hưởng đến hoạt động hệ enzyme yếu tố ảnh hưởng đến cấu sản phẩm, nhiệt độ, pH mơi trường thời gian đường hóa Khi tăng độ chua tác dụng đến pH = 5,0 hàm lượng hợp chất hòa tan bền vững chứa nito, bao gồm axit amin, peptid pepton albumoza tăng Ở pH xác định, việc tăng nhiệt độ đến 60 độ C dẫn đến gia tăng sản phẩm hòa tan chứa nito kết tủa với Mg Hàm lượng đạm amin tạo thành iều 50 độ C 19 Thời gian đường hóa có hiệu 2h, vượt giới hạn này, tích lũy sản phẩm có tăng khơng đáng kể Tại thời điểm thủy phân protein giai đoạn đường hóa nên dừng 15 – 30 phút nhiệt độ 50 – 52 độ C – 1,5 h nhiệt độ 60 – 65 độ C 20 VI KẾT LUẬN Trong hầu hết lịch sử ngành sản xuất bia rượu, sản phẩm thương mại cung cấp nhà sản xuất nhỏ Những tiến khoa học kỹ thuật phát triển công nghiệp việc cung cấp sản phẩm đồ uống chứa cồn tập trung công ty lớn Bia sản phẩm chứa cồn ưa chuộng toàn giới Công nghệ sản xuất bia ngày nâng cao gần hoàn thiện Bia khơng xa lạ với người va trở thành sản phẩm thiếu sống, đặc biệt bữa tiệc, bữa ăn bình thường Vì vậy, việc tìm phát triển cơng nghệ sản xuất bia thành lớn nhân loại Ở nước ta, với mức dân số khoảng 80 triệu người, nhu cầu tìm kiếm cơng ăn việc làm nhu cầu giải trí, giải khát người dân khơng ngừng tăng lên, đặc biệt với nguồn lợi nhuận to lớn mà ngành cơng nghiệp bia mang lại Hứa hẹn thời gian tới có nhiều nhà máy bia xây dựng, góp phần giải cơng ăn việc làm cho nhiều lao động, đáp ứng nhu cầu nước giải khát cho nhân dân, ngành sản xuất bia nước ta tiến nhanh đuổi kịp nước tiên tiến giới 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Cơng nghệ chế biến thực phẩm – Lê Văn Việt Mẫn (Chủ biên) – NXB Đại học Quốc gia TPHCM – 2011 Công nghệ sản xuất Malt Bia – Hồng Đình Hòa – NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội – 2002 Từ trang web: https://www.slideshare.net/ktthinh/cong-nghe-sx-bia http://tailieu14.blogspot.com/2014/03/luan-van-ung-dung-cua-enzymeprotease.html http://luanvan.net.vn/luan-van/ung-dung-enzyme-trong-san-xuat-ruou-bia-59536/ http://thucphamviet.blogspot.com/2011/11/cong-nghe-san-xuat-bia-qua-trinhnau.html http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-quy-trinh-cong-nghe-san-xuat-bia-san-xuat-douong-11468/ http://thucphamviet.blogspot.com/2011/11/cong-nghe-san-xuat-bia-qua-trinhnau.html 22