CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ENZYME
3.1. Ứng dụng trong thực phẩm 1 Trong công nghệ sản xuấ t bia
Bia là một loại giải khát mát bổ, có nồng độ cồn thấp, có độ mịn xốp và có hương vị đặc trưng. Hương liệu của bia là do các chất chiết từ nguyên liệu, cồn và CO2 và sản phẩm lên men khác nhau tạo nên. Đặc biệt, CO2 bão hòa trong bia có tác dụng giải khát rất tốt. Nhờ những ưu điểm này mà bia được sản xuất khắp nơi trên toàn thế giới.
Hiện nay trên thế giới có khoảng 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 1 tỷ lít mỗi năm. Trong đó có Mỹ, Cộng Hòa Liên Bang (CHLB) Đức, Trung Quốc mỗi năm sản xuất trên 10 tỷ lít, sản lượng tính theo đầu người năm 1984 ở Đan Mạch là 182 lít/năm, ở CHLB Đức, Hà Lan 146 lít/năm.
Ở Việt Nam, mấy năm gần đây, sản lượng bia đã tăng lên nhanh chóng. Nếu 10 năm trước, nước ta chỉ có 2 nhà máy bia ở Hà Nội và Sài Gòn thì nay ước tính có hàng trăm nhà máy, xí nghiệp và phân xưởng sản xuất bia lớn, nhỏ có quy mô công nghiệp. Năm 1994, theo thống kê thì bình quân đầu người là 5 lít/năm.
Từ xa xưa trong công nghệ sản xuất bia ở hầu khắp các nước trên thế giới đều dùng malt, nhưng khác với sản xuất rượu, malt chủ yếu là tác nhân đường hóa thì trong sản xuất bia malt vừa là tác nhân đường hóa, vừa là nguyên liệu sản xuất.
Sản xuất bia theo sơ đồ công nghệ thông thường các hệ enzyme được tạo ra trong quá trình nảy mầm cần thiết để xử lý nguyên liệu bột chuyển các chất chiết sang trạng thái hòa tan ở giai đoạn nấu.
Các enzyme tạo ra trong quá trình nảy mầm và có ý nghĩa quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia là enzyme amylase dịch hóa và đường hóa tinh bột. Enzyme protease phân giải protein của đại mạch đến các polysaccharide không
phải là tinh bột, hòa tan màng nội nhũ hạt ngũ cốc, làm cho các enzyme amylase và protease dễ dàng tác dụng đến cơ chất tương ứng.
Mỗi quá trình kể trên cần tiến hành đến mức độ xác định để ổn định việc lọc dịch đường hóa, lên men dịch đường, làm trong và lọc bia; cũng như tạo ra những tính chấ,t mùi vị và lý hóa xác định cho bia.
Những enzyme có nguồn khác nhau dùng thay thế enzyme của malt cần phù hợp với enzyme của malt về đặc tính tác dụng và phải trội hơn về hoạt lực, do đó cho phép giảm quy mô sản xuất chế phẩm enzyme, so với quy mô sản xuất malt.
Ở Liên Xô (cũ) những công trình nghiên cứu có hệ thống về ứng dụng chế phẩm enzyme từ vi sinh vật với mục đích thay thế một phần đáng kể malt bằng đại mạch chưa nảy mầm được tiến hành sớm hơn ở các nước khác. Người ta có thể thay thế 86 - 100% malt bằng đại mạch chưa nảy mầm. Có sử dụng hỗn hợp enzyme α-amylase của Asp. oryzae và Bacillus subtilis.
Trên thế giới có rất nhiều nước quan tâm đến việc sản xuất bia từ đại mạch chưa nảy mầm và các nguyên liệu khác thay thế như gạo, ngô, khoai tây và sắn… Nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này đã được báo cáo ở hội nghị quốc tế lần thứ 13 và 14 Hiệp hội ngành bia châu Âu EBC năm 1971 và 1973. Khi phân tích thành tựu công nghiệp bia người ta đã dự báo việc thay thế hoàn toàn malt bằng Đại mạch chưa nảy mầm và enzyme vi sinh vật.
Từ những năm 1960, Liên Xô đã sản xuất ở quy mô công nghiệp các chế phẩm enzyme đã ứng dụng trong sản xuất bia Jigulevxkoe, như Amilorizin Px, Xitorozenin Px và amilosubtilin G10x. Bia Jigulevxkoe đã thay thế 50% malt bằng đại mạch chưa nảy mầm. Giá trị của công nghệ mới này là ở chỗ trong khi đảm bảo khả năng thu được bia phẩm chất cao do lượng lớn nguyên liệu chưa nảy mầm và các enzyme từ vi sinh vật.
Mục đích đầu tiên người ta sử dụng chế phẩm α-amylase (chủ yếu là amylase từ vi khuẩn) để dịch hóa tinh bột làm tăng khả năng chuyển hóa tinh bột thành đường, đặc biệt là khi dùng các loại hạt mầm để thay thế malt đại mạch. Loại α-amylase thường dùng hiện nay là từ Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis và Baciillus liquefaciens. Dịch đường hóa trong sản xuất bia cần
đảm bảo về tỉ lệ thành phần maltose và dextrin, không phải đơn thuần tích lũy nhiều đường đơn. Do vậy, người ta còn dùng bổ sung cả nguồn enzyme β- amylase của nấm mốc Asp. oryzae trong giai đoạn đường hóa. Ngoài ra, các chế phẩm này còn được sử dụng trong sản xuất một số bia cho người mắc bệnh tiểu đường hay những người cần ăn kiêng. Người ta còn sử dụng cả enzyme glucoamylase trong quá trình đường hóa, nhằm giảm lượng đường trong sản phẩm cuối cùng.
Chế phẩm dùng trong sản xuất bia là hỗn hợp enzyme chứa α-amylase và β-amylase (hay α-amylase có khả năng đường hóa cao) các enzyme protease và pentosanase, β-glucanase. Amylase của Bacillus subtilis tốt hơn của nấm mốc vì có độ bền nhiệt và khả năng dịch hóa cao hơn. Đồng thời sử dụng bổ sung một cách hợp lý α-amylase của nấm mốc nâng cao mức độ lên men của dịch đường. Protease phải có khả năng proteinase lẫn peptidase để khi tác dụng lên polypeptide đại mạch thì chuyển vào dịch đường các hợp chất đạm khó tan, polypeptide và amino acid với khối lượng đủ đảm bảo của hoạt động sống bình thường của nấm men, cho sự hoàn chỉnh vị bia và cho sự tạo bọt. Protease được sử dụng trong công nghiệp bia, phần lớn là các enzyme trung tính. Các enzyme β-glucanase và pentosanase, hòa tan màng tế bào của nội nhũ đại mạch và có khả năng lên men nhanh dịch đường.
Neutrase là chế phẩm protease từ vi khuẩn Bacillus subtilis. Neutrase chỉ chứa các protease trung tính, trong khi hầu hết các chế phẩm thương mại khác đều chứa lẫn protease kiềm. Neutrase không chứa α-amylase. Loại enzyme này có nhiệt độ thích hợp nhất trong vùng 45 – 55oC và pH 5,5 - 7,5.