Tái xử lý olygosaccharide
6.3.5. Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia
Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngồi việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ Enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm Enzyme kích thích tiêu hóa.
Ngun liệu sử dụng : Ngũ cốc , hoa Houblon, nước , Nấm men, chất phụ gia... Các chủng vi sinh vật sử dụng:
Saccharomyces cerevisisae ( Lên men nổi)
Saccharomyces cerevisidae (Lên men chìm)
Tinh bột là thành phần chiếm vị trí số một của hạt đại mạch cả về số lượng lẫn vai trị của nó trong sản xuất bia. Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng
Enzyme Amylase có trong mầm đại mạch.
Ngồi ra, cịn sử dụng các Enzyme khác có trong mầm đại mạch để thủy phân và chuyển hố các chất khơng tan sang trạng thái tan như chuyển protein, cellulose… sang amino acid và glucose . Các q trình cơng nghệ này đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. So với các loại Enzyme Amylase từ các nguồn khác, Amylase từ thóc đại mạch đã được nảy mầm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện nay. Trong malt lượng enzym amylase chỉ vừa đủ để phân hủy lượng tinh bột có trong hạt. Như thế cần rất nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở qui mơ lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản xuất và sản phẩm. Chính vì thế, để khắc phục điều này, người ta bổ sung enzyme amylase để giảm bớt lượng malt, không phải sử dụng 100% malt đại mạch và có thể bổ sung nguồn tinh bột cho q trình lên men. Giảm giá thành nhưng vẫn giữ được đặc trưng cho bia, giúp phát triển sản xuất bia trên quy mơ cơng nghiệp.
Tạo dịch mì chính Kết tinh
Sấy tinh thể Phân loại đóng gói
Thành phẩm Tinh thể
A. Giai đoạn đường hóa ngun liệu:
Ngun liệu: Malt là ngun liệu chính cung cấp tinh bột và Amylase cho đường hóa.
Malt: là tên gọi ngũ cốc nảy mầm ( Đại mạch, tiểu mạch, thóc gạo, lúa mì đen, thóc nếp…). Trong sản xuất bia, người ta dùng chủ yếu là đại mạch nảy mầm. Hạt đại mạch là nguồn cung cấp nguyên liệu cho đường hóa , tạo đường cho sự lên men về sau. Trong quá trình nảy mầm của hạt sẽ tích tụ được nhiều men mới, tăng hoạt tính hàng loạt men và Amylase tăng hoạt tính đáng kể, cần thiết cho q trình đường hóa.
Hoạt lực của α-Amylase có thể ghi nhận được vào những thời điểm đầu tiên của quá trình ươm mầm, cịn đến ngày thứ ba hoặc ngày thứ tư thì hoạt lực của chúng sẽ tăng một cách đáng kể. Thời gian để α-Amylase đạt được hoạt lực cực đại phụ thuộc vào nhiệt độ ươm mầm. Ví dụ ở nhiệt độ 12 – 140C hoạt lực đạt cực đại sau 11 – 12 ngày đêm, nếu ở nhiệt độ 18 – 200C hoạt lực đạt cực đại sau 6 – 7 ngày đêm. Còn nếu nhiệt độ 25 – 280C thì chỉ cần sau 4 ngày là Enzyme này đạt được hoạt độ tối đa.
Ngoài Amylase hoạt độ của protease, sitase, maltase, phosphatase cũng tăng lên.
Q trình oxy hóa – khử lượng men tạo thành tập trung phần lớn ở gần phôi và nội nhũ. Phần trên nội nhũ chứa 25% lượng men có trong malt. Trong q trình nảy mầm có một số q trình sinh hóa xảy ra như sau: Thủy phân một phần tinh bột ( 20 – 25% ) ra đường đơn giản hơn. Đường oligo - polysaccharide có bị phân giải một phần thành monosaccharide và trisaccharide. Lipase thủy phân một phần lipid thành acid béo và glycerine.Do việc tạo thành acid hữu cơ và vô cơ nên độ chua của hạt này mầm tăng cao , pH 5,6 – 5,9.
B. Đường hóa:
Đường hóa là cơng đoạn sản xuất bia rất quan trọng, trong đó lượng đường được tạo thành sẽ quyết định khả năng lên men và chất lượng bia sau này. Chính vì thế, nhiều nhà máy bia trên thế giới đã cho thêm Enzyme với số lượng lớn trong giai đoạn này. Các Enzyme vào trong giai đoạn này là những Enzyme vi khuẩn chịu nhiệt.
Biến đổi sinh hóa của q trình đường hóa là thủy phân tinh bột thành dextrin và đường đơn giản (maltose, glucose…) dễ tan và lên men dưới tác dụng của Amylase trong
Có q trình thủy phân protid – peptid, peptone, acid amin hòa tan được trong dung dịch nhờ Enzyme protease, peptidase có trong malt.
Cellulose, peptin cũng bị thủy phân, tạo thành sản phẩm hòa tan được trong dung dịch, tamin bị oxy hóa tạo ra Flobafel tạo thêm màu cho bia. Malt xay nhỏ trộn với nước thành dịch hồ, nâng nhiệt độ lên 60 – 700C giữ trong 30 đến 40 phút, sau đó nâng lên nhiệt độ 750C và giữ ở nhiệt độ này cho đến khi đường hóa xong (PH 4,6 - 5,8 )
Hiện nay có nhiều phương pháp đường hóa, nâng nhiệt độ nhiều đợt 2 - 3 lần hoặc nâng nhiều đợt từng phần riêng rồi pha trộn lẫn nhau
Với nguyên liệu fi-malt giàu bột (ngũ cốc) trước khi đường hóa và trộn malt cần xay nhỏ trộn nước nấu sơ bột thành hồ hoặc cháo lỗng, dung dịch đường hóa gọi là dịch đường maltose, lọc xong ta có nước “mout”. Nước “mout” được đun sôi với hoa houblon ( 18 -26g/10 lít bia ở Việt Nam) .
Trong nước “mout”, sau khi đường hóa có chứa 90% là các chất Carbohydrate, trong số này có đến 75% đường có khả năng lên men. Phần cịn lại 25% là các loại dextrin mạch thẳng và mạch nhánh. Trong nhiều trường hợp, lượng đường tạo thành không đạt được mức độ trên do nhiều ngun nhân. Trong đó ngun nhân chính là chất lượng malt kém. Có ba cách để làm tăng lượng đường trong nước “mout”:
Kéo dài thời gian đường hóa
Sử dụng thêm đường
Sử dụng Enzyme để đường hóa hết lượng tinh bột
Trước đây người ta thường áp dụng hai cách trên. Sau này, việc sử dụng Enzyme thường được sử dụng hơn. Người ta thường sử dụng các loại chế phẩm Enzyme sau:
Loại Enzyme và vi sinh sản xuất
Điều kiện sử dụng Kiểu tác động và sản phẩm tạo ra pH 0C Amylase vi khuẩn a) B.subtillis b) B.licheniformis 6,5 6,5 85 105/95 Endo, nối α-1,4 Dextrin α-Amylase nấm mốc 5,0 55 Endo, nối α-1,4 Maltoz
Asp.orysee Amylglucosidase Asp.niger 4,3 6,0 Exo, nối α-1,4; α- 1,6 Glucoz Pullulnase Loài Bacillus 4,3 60 Endo, nối α-1,6 Dextrin Glucose isomerase B.coaglucanz 8,0 60 Endo, nối α-1,4 Glucoz + Fructoz
Bảng 3 : Các loại Enzyme thủy phân tinh bột sử dụng trong sản xuất bia
Các loại Enzyme khi cho thêm vào trong sản xuất bia thường nhằm vào những mục đích sau:
Nâng cao chất lượng dịch đường hóa
Nâng cao khả năng lên men bia
Nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng bia.
Giảm giá thành sản phẩm khi tiến hành thay malt bằng những nguyên liệu phi malt. Những ưu điểm của Enzyme từ nguồn VSV được sử dụng trong sản xuất bia như sau:
Các chế phẩm Enzyme từ VSV thường có hoạt tính xúc tác rất mạnh và chứa khá đầy đủ các loại Enzyme cần thiết cho sự chuyển hóa tinh bột thành các loại đường, đặc biệt là tạo ra được loại đường có khả năng lên men với số lượng lớn.
Các chế phẩm Enzyme từ VSV thường có khả năng hoạt động ở nhiệt độ rất cao. Điều này rất thuận lợi cho việc vận hành q trình dịch hóa và đường hóa.
C. Lên men bia
Là giai đoạn quan trọng quyết định cho chất lượng bia và hiệu suất sản xuất. Cơ sở sinh hóa ( Saccharomyces cerevisiae )
C6H12O6 C2H5OH + CO2
Quá trình tạo acid hữu cơ và tạo rượu cao tác dụng với nhau tạo ra ester ảnh hưởng đến mùi vị bia.Trong quá trình lên men PH giảm dần , lúc đầu dịch lên men 5,3 -5,6 sau lên men chính cịn 4,2 – 4,4.