3.8.1 Sinh tổng hợp các sản phẩm chính (bậc 1)của quá trình lên men bia: rượu etylic và CO2:
Quá trình lên men bia bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng):
- Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C6 để cho sản phẩm glucose-6- P, nguồn phosphate là ATP
Phản ứng xảy ra được là do sự xúc tác của hexokinase với sự có mặt bắt buộc của Mg2+ . Hexokinase không những xúc tác sự phosphoryl hóa
glucose mà còn xúc tác sự phosphoryl hóa các hexose khác như fructose, manose.
- Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P
Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác sự chuyển hóa đồng phân glucose-6-P thành fructose-6-P, biến một aldose thành một ketose.
- Phản ứng 3: Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate
Fructose1,6 biphosphate bị phân cách thành 2 phân tử triozophosphat cụ thể là aldehit 3 – phosphoglyxerinic và phosphodioxyaxeton. Phản ứng này được sự xác tác của enzim aldolase.
- Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate
Chỉ một trong hai triose phosphate là aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào quá trình đường phân. Nhưng dihydroxyaceton-P có thể được chuyển hóa thành 3-P glyceraldehyde nhờ triose phosphate isomerase.
Xúc tác cho phản ứng này là enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có coenzyme NAD+, trong trung tâm hoạt động có nhóm –SH.
- Phản ứng 7: Trong phản ứng này gốc phosphate cao năng của 1,3
biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP ( oxy hóa phosphoryl hóa mức cơ chất) và 3P glycerate
- Phản ứng 8: Chuyển hóa 3P glycerate thành 2P glycerate (chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg2+ cho hoạt động của nó. Đây là phản ứng thuận nghịch:
- Phản ứng 9: 2P glycerate bị loại nước để tạo thành phosphoenolpyruvate là phản ứng thuận nghịch được xúc tác bởi enzyme enolase.
- Phản ứng 10: Chuyển nhóm phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP, phản ứng được xúc tác bởi pyruvat kinase, để tạo ATP và pyruvate.
Pyruvat kinase bị kìm hãm bởi ATP, khi nồng độ ATP cao thì nó gây kìm hãm dị không gian. Ở động vật có xương sống pyruvat kinase có ít nhất 3 isozyme, hơi khác nhau trong phân bố ở các mô và trong việc đáp ứng đối với những chất điều hòa (modulator) .
- Phản ứng 11: Chuyển hóa pyruvat thành rượu etylic:
Trong bước 1, pyruvate bị khử cacboxyl-hóa vốn được xúc tác bởi enzyme pyruvate decarboxylase, enzyme này cần Mg2+ và có coenzyme là TPP. Bước 2, acetaldehyde bị khử thành ethanol với NADH+H+ được tạo ra từ sự oxy hóa khử 3P glyceraldehyde.
3.8.2 Các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ):
Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên men chính còn tao ra nhiều sản phẩm bậc hai hay còn gọi là sản phẩm phụ. Những sản phẩm này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia, mặc dù vai trò đó có thể là tích cực và cũng có thể là tiêu cực. Một số trong những sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hóa đường thành rượu, còn một số khác là kết quả của
những biến đổi hóa sinh phức tạp của những cấu tử khác trong dịch đường khi chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào nấm men.
* Glyxerin
Theo Pasteur thì lượng glyxein trong quá trình lên men có thể tích tụ đến 3 g/l.
Glyxerin là một cấu tử rất quý đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm đà cho sản phẩm
* Rượu bậc cao
Ở trong bia chứa các loại rượu bậc cao như: propylic izopropylic, butylic, izobutylic, amylic, izoamylic, và nhiều loại khác. Khối lượng của chúng dao động trong khoảng rộng từ 20 đến 95 mg/l Ở điều kiện lên men nổi hàm lượng rượu bậc cao lớn hơn lên men chìm do lên men ở nhiệt độ cao hơn.
Từng loại rượu bậc cao đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung tạo cho khứu giác những cảm giác khó chiụ. Nói tóm lại các loại rượu bậc cao gây ảnh hưỏng tiêu cực đến chất lượng cảm quan của bia.
Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình trao đổi sinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men. Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên men do vi khuẩn gây ra khi dịch đường houblon hoá bị nhiễm. Các axit cơ bản là axit lactic và axit xitric, axit susinic. Ngoài ra còn tạo thành một số axit bay hơi khác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic.
* Ester và aldehid
Este là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men chính. Nó là kết quả của sự tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực: este hoá các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau. Ester chủ yếu là atyl axetat izoetyl formiat izoamin axetat. Tổng lượng của chúng trong bia dao động trong khoảng 30-80 mg/l.
Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia. len men nổi lượng este tạo thành nhiều hơn so với lên men chìm. Trong cùng một điều kiện, nấm men nổi tạo ra nhiều este hơn nấm men chìm.
Aldehid là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm men, Chiếm nhiều nhất trong bia thì có axetaldehid, hàm lượng của nó, là 5-7 gm/l. Tổng lượng andehid trong bia dao động từ 9 đến 10 mg/l. Ở điều kịên yếm khí,lượng andehid tạo ra ít hơn so với ở điều kiện hiếu khí.
Ở mức độ vừa phải (10-15 mg/l), andehid làm tăng hương cho bia, nhưng nếu cao quá thì vai trò của nó lại trở thành tiêu cực.
* Axetoin, diaxetyl và 2,3 – butandiol
Ba hợp chất này thu nhận đươc ở chủ yếu giai đoạn lên men chính và là do kết quả của các quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men Trong ba hợp chất này thì nguy hiểm nhất đến hương và vị của bia là diaxetyl. Diaxetyl
không màu đến vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh và vị đắng gắt rất khó chịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con người
* Hydro sunfua (SH2) và mercaptan
Nguồn gốc tạo thành các hợp chất này là các hợp chất chứa gốc
sunfat,sunfit và các amin chứa lưu huỳnh ở trong dịch đường. thời điềm lên men chính và đặc biệt là ở giai đoạn lên men phụ và tàng trữ bia non, tạo điều kiện khá thuận lợi cho sự tao thành các sản phẩm bậc hai không thường trực nói trên.
Hydro sunfua và mercaptan là những hợp chất đặc biệt có hại đối với hình thơm và vị của bia.