3.2.3.1. Kết quả nghiên cứu các hợp chất đắng trong hoa houblon
Trong hoa houblon, các chất nhựa đắng có giá trị nhất và nằm trong các hạt lupulin. Trong thực tế người ta vẫn chưa tìm thấy các chất này trong các loài cây khác.
Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia rất lớn, chúng tạo cho bia vị đắng dịu rất đặc trưng. Ngoài ra, các chất này có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giữ cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Với nồng độ khá thấp ở trong bia, các chất đắng có khả năng ức chế mạnh sự phát triển của vi sinh vật.
Hoa houblon chứa 15 – 21% nhựa đắng tính theo chất khô của hoa, trong đó có các chất nhựa mềm tan trong hexan chiếm 90%, còn lại là các chất nhựa cứng tan trong este và methanol.
Thành phần chính của nhựa mềm là các α và β-axit đắng và các chất nhựa mềm khác.
Các α và β-axit đắng có thể được coi như là các đồng phân hỗ biến, sự chuyển từ dạng cấu trúc này sang cấu trúc khác diễn ra rất nhanh. Các axit này ít
tan trong nước. Ở 25oC độ tan của humulon là 6mg/l, của lupulon là 1,5 mg/l. Độ tan tăng lên theo nhiệt độ.
Các cấu tử nhựa cứng chính là: xanthohumol, isoxanthohumol và flavon. CÁC CHẤT NHỰA CỦA HOA HOUBLON
(tan trong methanol và trong ete)
Các chất nhựa mềm các chất nhựa cứng (tan trong methanol) (tan trong ete)
Các α-axit Phần các β còn lại
Các β-axit Các chất nhựa mềm khác chưa xác định
Sơ đồ 3.1: Các thành phần nhựa chính của hoa huoblon
Αlpha-axit đắng:
Thường là một hỗn hợp axit đắng và đồng phân có công thức chung và các đồng phân của nó và có tên khoa học là Humulon. Humulon tinh khiết là một loại muối màu vàng nhạt, điểm sôi là 70 – 720
C, pk = 5,4. Công thức tổng quát của Αlpha-axit:
Tên gọi R % Humulon Cohumulon Adhumulon Prehumulon CH2CH(CH3)2 CH(CH3)2 CH(CH3)2 CH2CH3 CH2OHCH(CH3) 35 – 70 23 – 30 10 – 15 1 – 10
posthumulom CH2CH3 1 - 5
Trong quá trình đun sôi dịch đường chủ yếu xảy ra phản ứng chuyển hóa các α-axit thành các iso-α nhờ các phản ứng đồng phân hóa. Cuối cùng bia chỉ chứa 6 loại axit iso-α chính là:
- Trains- isocohumulon - Cis-isocohumulon
- Trains- isohumulon (cầu hóa 45-55) - Cis-isohumulon (cầu hóa 4R-55) - Train- isoadhumulon
- Cis-adhumulon
Hai loại đồng phân hình học tạo thành với tỉ lệ tương đối ổn định: 25% tạo thành dạng trains, 75% tạo thành dạng cis với một khoảng pH thay đổi rộng.
β-axit đắng:
Hỗn hợp tinh thể không màu. Công thức tổng quát của β-axit:
Tên gọi R % Lupulon Colupulon Adlupulon Prelupulon postlupulon CH2CH(CH)2 CH(CH3)2 CH(CH3)CH2CH3 CH2 CH2CH(CH3)2 CH2 CH3 30 – 35 20 – 55 5 – 10 1 – 3 -
Các β-axit là các tinh thể không màu, điểm nóng chảy của colupulon là 96 – 970C, của lupulon là 920
xuất bia, do phản ứng oxy hóa, colupulon chuyển hóa thành hupulon, hupulon có pk = 2,5 và làm cho bia có vị đắng mạnh khó chịu. Trong Houblon tươi hàm lượng hupulon là 0,5%, còn trong houblon già là 3-4%. Các sản phẩm oxy hóa khác là các lupdep, lupdol, lupoxe, ludopxe; nhưng chúng chỉ gây ra 1/3 – 1/2 vị đắng cho hoa so với các loại α-axit.
Độ đắng phụ thuộc chủ yếu vào lượng các α-axit dạng không hòa tan chuyển thành dạng iso-α-axit hòa tan được do quá trình đồng phân hóa. Quá trình đồng phân hóa này xảy ra trong thời gian đun nóng dài (hoặc xử lý bằng kiềm).
Trong α–axit đắng, cohumulon sẽ chuyển thành dạng humulon dễ hòa tan hơn. Do đó cohumulon có một vai trò đặc biệt trong số các nhựa.
3.2.3.2. Kết quả nghiên cứu xác định phƣơng pháp tách đắng trong bã men bia
Bã nấm men bia sau quá trình tiền xử lý qua quan sát bằng mắt thường và kính hiển vi, sinh khối nấm men thu được đảm bảo độ sạch sinh học, không còn lẫn tạp chất cũng như các vi sinh vật lạ khác. Tuy nhiên, sản phẩm bột nấm men thu được có vị đắng rất rõ rệt. Vị đắng này gây ra do thành phần isohumulones của hoa houblon (nguyên liệu của quá trình sản xuất bia) gắn chặt trên bề mặt của tế bào nấm men chưa được tách ra trong quá trình xử lý bằng nước. Do vậy để thu nhận được sinh khối nấm men không đắng, phải loại bỏ hoàn toàn được thành phần isohumulones này. Một số phương pháp đã được nghiên cứu và phát triển để loại vị đắng khỏi bã nấm men bia dựa vào đặc tính hóa lý của thành phần đắng này như hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc phản ứng với ion Natri tạo ra các muối hòa tan. Rửa với các dung môi hữu cơ như methanol, acetone hoặc kiềm nhẹ (natri hoặc amoni carbonate) đã không mang lại hiệu quả kinh tế (Nand, 1987). Phương pháp rửa với kiềm mạnh (NaOH) đã có hiệu quả và sử dụng thành công ở qui mô công nghiệp mặc dù mất nhiều thời gian với hàng loạt các bước rửa tại các pH khác nhau. Cũng theo Nand qui trình tách đắng bằng việc rửa chỉ một lần với NaOH 1N, sau đó rửa bã men bia với nước cho hiệu quả
tách đắng rất cao mà hoàn toàn không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của nấm men bia.
Để xác định phương pháp hiệu quả tách vị đắng, chúng tôi đã sử dụng các hóa chất khác nhau để thử nghiệm. Sau đó xác định các thông số độ đục của nước rửa, tỷ lệ tế bào sống… Kết quả được trình bày ở bảng sau:
Bảng 3.5. Các phƣơng pháp xử lý vị đắng của sinh khối nấm men bia
TT Phƣơng pháp xử lý Độ đục của nƣớc xử lý (OD275nm) Độ màu của nƣớc xử lý Tỷ lệ tế bào sống (%) Độ đắng (EBU) 1 Dung dịch H3PO4 0,1N 0,091 Trắng 98,0 8,9 2 Dung dịch NaOH 0,1N 0,415 Vàng 98,8 4,9 3 Dung dịch muối NaCl 0,9% 0,105 Trắng 97,9 11,8 4 Dung dịch axít axetic 1% 1,123 Trắng 94,2 12,5 5 Đối chứng (nước RO) 0,068 Trắng 99,0 13,4
Ghi chú: Nhiệt độ của quá trình xử lý là điều kiện nhiệt độ 20o
C, Nồng độ các dung dịch thí nghiệm kế thừa từ các nghiên cứu của Bishop, L. R. (1967).
Kết quả ở bảng 3.4 cho thấy: Độ đục của dung dịch sau khi xử lý bằng NaOH 0,1N là cao nhất (OD=0,415), màu của nước rửa có màu vàng, trong khi đó các phương pháp xử lý còn lại đều cho giá trị OD thấp hơn nhiều và màu của nước rửa là màu trắng, thay đổi rất ít so với đối chứng, xử lý bằng nước RO. Kết quả này có thể được giải thích là trong phương pháp xử lý bằng dung dịch NaOH 0,1N, thành phần isohumulones gắn trên bề mặt tế bào nấm men không bền trong dung dịch NaOH và do vậy bị tách khỏi tế bào nấm men và chuyển vào trong dung dịch [21]. Chính vì vậy, nước xử lý nấm men có màu vàng và độ
đục tăng lên đáng kể. Kết quả về độ đắng của sản phẩm cuối cùng cũng cho thấy mẫu xử lý bằng NaOH 0,1N cho độ đắng thấp nhất với giá trị EBU là 4,9. Điều này càng chứng tỏ rằng dung dịch NaOH 0,1N có thể loại bỏ được thành phần isohumulones ra khỏi bề mặt tế bào nấm men, làm cho sinh khối nấm men trở nên không đắng. Hơn nữa, tỷ lệ tế bào nấm men sống sau khi xử lý lên tới 98,8% cho thấy xử lý bằng NaOH 0,1N không làm chết nấm men bia.
3.2.3.3. Kết quả nghiên cứu xác định tỷ lệ dung dịch kiềm/ sinh khối nấm men và giá trị pH thích hợp quá trình tách vị đắng.
Bã nấm men bia sau quá trình tiền xử lý, sau đó sẽ được tách đắng bằng dung dịch NaOH 0,1N ở các tỷ lệ 1:1; 2:1; 3:1và 4:1 ở nhiệt độ 20ºC trong thời gian 60 phút. Khả năng loại đắng trong quá trình xử lý được trình bày ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung dịch NaOH 0,1N: sinh khối nấm men
TT Tỷ lệ NaOH 0,1N:sinh khối nấm men (v/w) pH của dung dịch nấm men xử lý Tỷ lệ đắng bị loại bỏ (%) 1 1:1 7,8 64,5 2 2:1 9,0 72,0 3 3:1 10,2 89,2 4 4:1 10,8 85,4
Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy rõ ràng là xử lý sinh khối nấm men bia ở các tỷ lệ dung dịch NaOH 0,1N khác nhau đã làm cho giá trị pH trong dịch sinh khối nấm men thay đổi. Tỷ lệ dung dịch kiềm: nấm men càng lớn thì giá trị pH càng cao. Sản phẩm có vị đắng thấp nhất khi pH của dịch xử lý là 10,2, tương ứng với tỷ lệ dung dịch NaOH 0,1%: nấm men là 3:1. Khi tỷ lệ này là 1:1; 2:1; thì sản phẩm vẫn còn đắng. Điều này có thể được giải thích là do khi tỷ lệ dung dịch kiềm: nấm men thấp thì pH của dung dịch xử lý thấp, lượng NaOH chưa đủ để phản ứng với thành phần isohumulones, dẫn đến hiệu quả của quá trình loại bỏ vị đắng không cao. Tuy nhiên, khi tỷ lệ dung dịch kiềm: sinh khối tăng lên 4:
1, đồng nghĩa với việc giá trị pH của phản ứng là 10,8, thì hiệu quả của quá trình tách đắng cũng không tăng mà còn giảm đi, do vậy tỷ lệ dung dịch kiềm: sinh khối là 3:1 (pH 10,2) là thích hợp nhất cho hiệu quả tách đắng.