Quá trình ươm mầm

Mục đích

Tạo hay hoạt hóa hệ thống enzym amylaza có khả năng đường hoá tinh bột dự trữ ở trong nhũ. Các nhà sản xuất malt đang tìm cách thúc đẩy quá trình chuyển hoá có lợi và kìm hãm các chuyển hoá bất lợi trong quá trình nảy mầm, song nói chung là chỉ có thể dừng hoàn toàn một hay một số trong số các hoạt động này.

27

- Tấn công và làm thay đổi khả năng thẩm thấu màng tế bào của nội nhũ nhờ enzym sitaza.

- Làm biến tính hay hoà tan protein của tế bào nội nhũ bởi hệ enzym proteaza.

- Làm nội nhũ mềm ra do tác dụng của enzym.

Để thực hiện được các mục đích trên thì phôi phải sống và phát triển, tổng hợp tế bào mới kèm theo sự hồ hấp và sinh trưởng của mầm và rễ.

Các điều kiện thiết yếu cho quá trình nảy mầm

 Độ ẩm

Độ ẩm này có được trong quá trình ngâm hạt, nó phải dùng để đảm bảo cho mầm mọc trong 5 đến 6 ngày.

 Nhiệt độ thích hợp

Mầm bắt đầu phát triển ở 5°C, nhiệt độ thích hợp nhất là 27°C. Quá trình nảy mầm sẽ ngừng lại ở 38°C và mầm sẽ bị chết ở 55°C. Theo kinh nghiệm thì khi mầm mọc ở giai đoạn giữa thì chất lượng của malt tốt. Thường thì nảy mầm ở nhiệt độ 14 -15°C, nảy mầm lạnh, có khi nâng lên 17- 18°C và đôi khi 22 – 25oC.

 Oxy

Mầm là cơ thế sống nên cần phải hô hấp, hấp thụ O2, và thải CO2. Cuối giai đoạn mầm thu được sản phẩm là malt tươi.

 Các biến đổi trong quá trình ươm mầm

Biến đổi sinh hoá

Sự nuôi dưỡng phôi

Để phôi tăng trưởng cần phải cung cấp chất dinh dưỡng (đạm, hydrocacbon, khoáng, chất béo,... Các chất dinh dưỡng tích tụ trong nội nhũ ở trạng thái không hoà tan (protein)) ngưng tụ hình thành từ chất nguyên sinh có trong tế bào nội nhũ, tinh bột có trong các túi

bột và xiết chặt thành mạng lưới được bao bọc bởi xenlulose. Khi mầm phát triển nhất thiết phải hoà tan chất dự trữ, tấn công màng tế bào để chúng có khả năng thẩm thấu tốt

được phối sử dụng. Công việc này được thực hiện nhờ các enzyme và chính phôi là nơi tiết ra các enzyme: sitaza, proteaza, amilaza. Các enzyme này khuếch tán qua ngù, thấm vào nội nhũ. Quá trình hô hấp và hình thành enzyme amylaza và proteaza được trình bày trong hình 10.

Một phần các chất như aminoacid, peptide, maltoza, muối khoáng thấu qua ngù và được tế bào của phôi hấp thụ. Rễ mọc ra từ đuôi hạt và phát triển rất nhanh. Hạt nảy mầm ngay khi kết thúc quá trình ngâm hay ở ngày ươm mầm đầu tiên. Các rễ đâm ra sau ngày thứ 3 ươm mầm. Ngày thứ 6, 7 rễ phải có sợi tròn và xoắn nhưng mảnh khảnh và chảy thành dây, chiều dài gấp 2 - 2,5 lần hạt (hình 10 và 11).

Hình 10. Sự hô hấp và hình thành của enzyme trong quá trình nảy mầm

đường hô hấp, --- hoạt lực diastaza, …….hoạt lực proteaza Phôi phát triển nhưng ở trong vỏ và sẽ nhỏ ra nếu như thời gian ươm mầm quá dài. Mầm phát triển tạo nên lỗ hỏng trong nội nhũ. Điều này thấy rõ khi tách vỏ hạt ra, độ

29

rỗng này đánh giá độ nảy mầm (hoặc ít ra là thời gian nảy mầm). Sự sinh trưởng của tế bào trong phôi tạo nên các chuyển hoá rất phức tạp: Các acid amin tổng hợp thành nhiều protein phức tạp tạo nên nguyên sinh chất.

Hình 11. Sự hình thành rễ mọc ra từ đuôi hạt

Tác động củủ̉a Sitaza

Sitaza là nhóm enzym thủy phân thành hemixenlulose - cấu tử chủ yếu của thành tế bào thành các hợp chất trung gian, sau đó thành đường đơn pentoza, hexoza và các sản phẩm khác. Sitaza hoạt động trước các enzym khác, và nó bắt đầu tác động của mình ở phần gần nội nhũ. Trong thời kỳ ươm mầm, người ta thấy đầu tiên là sự hoá lỏng màng của tế bào gần kẻ với ngù, tiếp đó sang đến phần đối diện. Enzym tấn công theo trục của hạt. Mất khoảng 7 - 8 ngày ở nhiệt độ 14 -15oC để cho sitaza phân giải hạt hoàn toàn. Khả năng hoạt động của sitaza quyết định thời gian này mầm. Khi nhiệt độ tăng thì khả năng tấn công của sitaza tăng. Tuy nhiên, sự tấn công sủa sitaza sẽ hiệu quả và đều đặn hơn ở nhiệt độ thấp. Hoạt động của sitaza còn phụ thuộc bản chất đại mạch. Đại mạch càng nhiều nitơ thì càng khó nhuyễn hơn các hạt đại mạch khác. Sitaza không hoà tan màng tế bào mà làm thay đổi một cách sâu sắc khả năng thấm qua của màng tế bào, tạo

30

điều kiện cho các enzym khác và các sản phẩm của quá trình phân huỷ đi qua một cách dễ dàng.

Tác động củủ̉a amylaza

Có hai dạng enzym amylaza chính: α-amylaza và β-amylaza. Nguồn gốc của các

enzyme này được xét qua hai mặt: được hoạt hoá do enzym proteaza và amylaza chiết ra từ các tế bào gần phôi, bởi vì trong quá trình nảy mầm, hoạt lực enzym tăng nhiều nhất ở xung quanh phôi. Amylaza còn tác động lên các phần khác của hạt. Trong giai đoạn ươm mầm, khả năng dịch hoá tăng dần nhưng chậm hơn khả năng đường hoá. Các amylaza tấn công và ăn mòn bề mặt hạt tinh bột. Các tế bào gần mầm bị tấn công mạnh hơn còn các tế bào khác hầu như không bị tấn công. Maltoza được tạo thành dưới dạng hoà tan và di chuyển đến mầm.

Hoạt động củủ̉a Proteaza

Proteaza được tiết ra từ phôi và hoạt động ngay khi bắt đầu ươm mầm. Proteaza tấn công trước tiên vào các phần hordenin của tế bào nội nhũ. Proteaza liên tục phân huỷ các protein thành các abumo, pepton (tan trong dung dịch keo) sau đó thành các chuỗi peptit và cuối cùng là các axit amin hoà tan trong dịch thực.

Các axit amin tan trong dịch thấm vào hạt và phân tán qua ngò rồi đến mầm. Các axit amin là nguồn cung cấp nitơ chủ yếu cho mầm.

Các biến đổi hoá học

Thuỷ phân lipide nhờ lipaza

Có khoảng 20 - 30% lipide bị thuỷ phân. Acid oleic bị phân huỷ hoàn toàn và acid linoleic bị phân hủy một phần. Một phần acid oleic được dùng để chuyển thành acid stearic, còn lại phần lớn acid oleic tiêu tốn do hô hấp. Đầu tiên có khoảng 1,4 -1,5 g axit béo có trong 100 g đại mạch, sau khi này mầm lượng này còn 1,2 - 1,3 g trong 100 g malt.

31

Hoạt động của enzym amylophotphataza, đặc biệt là enzym phytaza thuỷ phân các ester photphoric

Cơ chất của quá trình thuỷ phân này là phytin, có nhiều trong tế bào aloron và ester hexaphotphoric của inosit, được chuyển thành hỗn hợp muối phosphate của một hay hai nguyên tử kim loại và các inosit. Các muối phosphate này có tác dụng tạo tính đệm và giữ pH = 5,7 trong quá trình nấu bia.

Độ nhuyễn của hạt

Các enzyme hoạt động làm biến đổi tính chất hoá học và vật lý của hạt - sitaza, làm mất tính cứng của màng tế bào. Proteaza phân huỷ nguyên sinh chất của tế bào. Amylaza än mòn một phần tinh bột nằm trong các tế bào ở gần phôi. Xuất hiện vùng mất đi tính cứng ở thành tế bào giữa các hạt tinh bột. Tóm lại, nội nhũ của đại mạch vốn cứng như sừng đã trở nên tương đối mềm và bở. Biến đổi này được gọi là độ nhuyễn hay độ xốp. Độ xốp của hạt tăng dần từ phôi cho tới điểm đối diện của phôi, theo sự tấn công của enzym sitaza, và tiếp theo là proteaza.

Kỹ thuật ươm mầm

 Nguyên tắc

Để có một quá trình nảy mầm tốt cần:

- Kiểm soát các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm, oxy.

- Tránh hiện tượng rễ của các hạt quấn với nhau thành một khối.

- Có thể có các biện pháp xử lý thích hợp để tạo điều kiện tốt cho kỹ thuật. - Giảm tổn thất.

 Đặc điểm kỹ thuật nảy mầm malt vàng

Trong sản xuất malt, cần lưu ý đặc điểm của malt vàng là màu vàng sáng, có vị ngọt nhẹ nhàng và hương thơm dịu, đặc trưng của malt. Vị đắng dịu, hương thơm ngát nhưng

32

rất nhẹ nhàng của bia sản xuất từ malt vàng là do hoa houblon quyết định.. Do đó, trong sản xuất malt vàng điều cẩn thiết là phải tạo ra được điều kiện để tích lũy được hoạt lực enzyme thật cao, đặc biệt là amylaza, còn hàm lượng acid amin thì ở mức độ vừa phải và hàm lượng đạm hòa tan chỉ ở mức độ vừa phải, không quá cao. Để đáp ứng yêu cầu này, trước hết phải chọn đại mạch có hàm lượng protein thấp nhưng khả năng nảy mầm khi ngâm có độ ẩm không quá 42 - 43%. Quá trình ươm mầm diễn ra ở 13 -18°C trong 6 - 8 ngày đêm phải có chế độ thông gió tốt. Nếu sử dụng đại mạch có hàm lượng protein cao thì khi ngâm nên cho hạt hút nước đến độ ẩm 44 - 46% còn nhiệt độ của khối hạt trong quá trình ươm mầm có thể tối đa ở 20 - 22°C.

Căn cứ vào đặc điểm của chủng giống đại mạch, điều kiện gieo trồng, canh tác, thu hoạch, bảo quản, điều kiện kỹ thuật, giải pháp thiết bị và công nghệ, có thể điều chỉnh các thông số: mức độ ngâm, nhiệt độ ngâm và chế độ thông gió sao cho phù hợp để đạt được các loại malt có chất lượng cao.

Nhiệt độ nảy mầm: Đối với malt vàng, nhiệt độ thích hợp nhất cho các quá trình diễn

ra ở giai doạn nảy mầm là 14 -160C, còn nhiệt độ trong hạt là 10 -120C. Nhiệt độ tối đa ở giai đoạn cuối của quá trình nảy mầm là 180C.

Thời gian nảy mầm: Thời gian nảy mầm phụ thuộc vào nhiệt độ nảy mầm và các đặc

điểm của giống đại mạch. Bình thường thì chu kỳ nảy mầm là 7-8 ngày đêm cho 1 mẻ. Nhìn chung, quá trình nảy mầm có thể được xem là kết thúc đối với malt vàng khi chiều dài rễ gấp 1.5 lần chiều dài của hạt còn lá mầm 2/3 - 2/4 chiều dài hạt.

Phương pháp nảy mầm

Trong quy mô công nghiệp có 2 cách nảy mầm chính là nảy mầm không thông khí và nảy mầm có thông khí.

a. Nảy mầm không thông khí

Phương pháp nảy mầm không thông khí tạo ra malt có chất lượng cao hơn hẳn so với malt ở phương pháp nảy mầm có thông khí. Trong phương pháp này, hạt đại mạch được

33

nảy mầm trong những sàn ươm được xây dựng rất đơn giản. Những sàn ươm có thể được xây ngầm, bán ngầm hay xây nổi trên mặt đất, xây theo kiểu nhà 1 tầng hay nhiều tầng. Chiều cao tầng nhà của sàn ươm có độ cao 3 - 3,5m, xung quanh xây kín, quét vôi hoặc sơn, có cửa số nhỏ sơn xanh dể tránh ánh sáng mặt trời chiếu vào. Nền của sàn ươm nhẫn để dễ rửa, có độ nghiêng 5 - 10% để dễ thoát nước. Phía cuối sàn ươm có trang bị băng tải hoặc vít tải để chuyển dịch malt tươi từ sàn ươm đến lò sấy. Hệ thống thiết bị vận chuyển này phải đặt ở độ sâu thấp hơn mặt bằng sàng ươm. Nhiệt độ trong khu vực ươm mầm phải giữ ở khoảng 10 - 12°C, độ ẩm tương đối của không khí không thấp hơn 90%. Để đảm bảo sự thông thoáng trong không gian nảy mầm, xung quanh tường nhà trơn người ta xây dựng các mương cấp - thoát khí tự nhiên.

Quá trình thông gió tự nhiên có hiệu quả về mùa lạnh, khi nhiệt độ ngoài trời thấp hơn nhiệt độ phòng ươm. Trong mùa nóng, khi nhiệt độ bên ngoài cao hơn nhiệt độ phòng ươm mầm thì quá trình thông gió tự nhiên sẽ ít hiệu quả. Trong trường hợp như vậy cần bổ sung bằng phương pháp nhân tạo. Tuy nhiên do những điều kiện về kinh tế, các phân xưởng sản xuất malt bằng phương pháp này không còn được xây dựng nữa mà thay bằng phương pháp nảy mầm có thông khí.

b. Nảy mầm có thông khí

Ở phương pháp này các hạt đai mạch được dải thành một lớp dày rồi thổi vào đó một luồng không khí sạch và ấm để điều chỉnh nhiệt độ, thải khí CO2, và cung cấp không khí cho quá trình hô hấp của hạt. Việc đảo trộn malt được thực hiện nhờ một máy hình xoắn ốc. Hệ thống nảy mầm này được ra đời từ thế kỷ XIX và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, phần lớn các quá trình sản xuất malt trong công nghiệp đều hoạt động theo phương pháp này. Có hai hệ thống chính để sản xuất malt có thông khí:

- Nảy mầm trong ngăn.

- Nảy mầm trong tang quay.

 Nảy mầm trong hệ thống ngăn

Hệ thống thiết bị bao gồm các ngăn chứa hình chữ nhật (còn gọi là catset) được tạo thành từ hai bức tường nhỏ bằng bêtông. Trên những bức tường này có môt hệ thống đảo trộn hạt và một hệ thống chổi quét. Tùy vào điều kiện thông gió mà có các loại hệ thống thiết bị ươm mầm kín (hình 12) hay thông gió cục bộ (hình13) hay thông gió toàn bộ (hình 14).

Hình 12. Mặt cắt hệ thống ươm mầm kín

Thông gió cục bộ nghĩa là mỗi ngăn chứa có một khoang riêng để xử lý không khí trước lúc thổi vào lớp hạt ở ngăn chứa đó. Không khí sau khi thổi qua lớp malt nhiễm bẩn chứa nhiều tạp chất được thải ra ngoài hay được hồi lưu để qua xử lý. Nếu hồi lưu, chúng sẽ được điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp trước khi phối trộn với không khí từ ngoài vào trước khi qua khoang xử lý. Thông gió là toàn bộ khi cả phân xưởng chỉ có 1 trạm xử lý trung tâm và trong mỗi mặt bằng chỉ đặt 1 đến 4 ngăn chứa.

35

Hình 13 Hệ thống ươm mầm thông gió cục bộ a-

mặt bằng;b- bộ mặt cắt dọc; c- mặt cắt ngang.

1- quạt nén; 2- buồng xử lý không khí; 3- ngăn chứa; 4- phối trộn khí bẩn và khí trời; 5- cửa hút khí trời có lọc; 6- camera làm lạnh không khí; 7- không khí bẩn hồi lưu để tái sử dụng; 8- cửa xả không khí bẩn.

 Hệ thống ươm mầm thông gió trong tang quay

Thiết bị nảy mầm có thông gió tang quay gồm có 2 nhóm chính: dạng kín và dạng hở. Tuy khác nhau về cấu tạo, phương pháp vận hành, nhưng tất cả các thiết bị nảy mầm tang quay có 1 điểm chung là đều dùng “sự quay” của thiết bị nảy mầm có hình dáng giống như chiếc tang trống để đảo malt. Qua quá trình sử dụng, tang quay dạng hở đã bộc lộ nhiều yếu điểm khó khắc phục như không khí sau khi thổi qua lớp malt được thoát ra ngoài, gây ô nhiễm môi trường, đồng thời sự liên thông giữa khối hạt với môi trường thông qua “chỗ hở” của thiết bị làm cho việc điều chỉnh các thông số của malt khó khăn hơn. Do đó, ngày nay hệ thống nảy mầm tang quay kín phổ biến hơn loại tang quay hở.

Chu kỳ nảy mầm thường kéo dài trong 8 ngày, vì vậy các phân xưởng sản xuất malt thường được trang bị số tang là 8 hoặc bội số của 8. Tang quay kín là một tang hình

36

trụ dài 4 - 6 m, đường kính 2,3 - 3 m (hình 15). Với kích thước đó, 1 mẻ có thể ươm được ít nhất là 12 tấn đại mạch. Đại mạch ướt được đưa vào tang quay qua cửa nạp nguyên liệu (mỗi tang có khoảng 3 cửa như vậy). Việc nạp được tiến hành 3 lần liên tiếp, sau mỗi lần nạp, tang quay sẽ quay 1/3 vòng (do đó cần 3 cửa nạp). Mục đích của việc vừa nạp vừa quay là nhằm tạo sự đồng nhất trong khối hạt. Thông thường hệ số đó đây của tang quay