- Cabohydraza
2.4.2.4 Các biến đổi trong quá trình nấu
Q trình đạm hố (sự biến đổi protein):
Đạm hố là q trình dùng enzim proteaza phân huỷ các protein thành các sản phẩm phân tử lượng thấp như axit amin, peptit… là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men; các sản phẩm có phân tử lượng trung bình như albumin, pepton, polypepetit tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt, giúp cho bia có khả năng giữ bọt. Khi giữ khối dịch ở nhiệt độ 50 đến 520C trong thời gian 30 phút, các quá trình thuỷ phân ở giai đoạn này rất quan trọng. Mặc dù sản phẩm của nó nhỏ nhưng nó tham gia trực tiếp vào sự hình thành chất lượng và là nguồn thức ăn chính cho nấm men, tạo vị, tạo bột, giữ bột, gây đục…Trong quá trình này dưới tác dụng của enzyme proteaza có sẵn trong malt, protein bị thuỷ phân thành axit amin, các peptone, peptid là những thành phần cần thiết cho lên men bia sau này. Nhiệt độ tối ưu ở giai đoạn này cho men proteaza hoạt động là 48 đến 520C
Bảng 2.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của môi trường đến sự tạo thành các pha sản phẩm chứa nitơ
pH Nhiệt độ,0C Sự gia tăng hàm lượng nitơ trong giai đoạn đường hố, mg/100g chất khơ của malt
Nitơ hoà tan
bền vững Nitơ amin
Nitơ kết tủa với MgSO4 6.5 6.0 5.5 5.0 40 50 60 40 50 60 40 50 60 40 50 60 97 114 140 151 203 220 220 298 323 278 370 386 30 41 41 55 60 56 71 90 85 84 110 103 11 14 36 13 24 49 19 33 62 23 40 63
Qua bảng trên ta thấy rằng, khi tăng độ chua tác dụng đến pH=5.0 thì hàm lượng các hợp chất hoà tan bền vững chứa nitơ, bao gồm các axit amin, peptid và pepton(pha đạm amin) cùng albumoza(pha kết tủa với MgSO4) cũng tăng. Ở một pH xác định, việc tăng nhiệt độ đến 600C sẽ dẫn đến sự gia tăng các sản phẩm hoà tan chứa nitơ, kết tủa với MgSO4. Hàm lượng đạm amin tạo thành nhiều nhất là ở nhiệt độ 500C.
Q trình hồ hố:
Là sự trương nở và vỡ tung các hạt bột trong nước nóng, các phân tử tinh bột được giải phóng tự do vào dung dịch nhớt và dễ dàng bị tấn cơng bởi các enzym amylaza. Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào tinh bột của loại hạt và kích thước to nhỏ của hạt tinh bột. Nhiệt độ hồ hóa của hạt đại mạch là 60 – 620C. Sau khi tinh bột đã hồ hóa sẽ khơng liên kết với nhau nữa, tạo điều kiện cho các enzym có trong dịch tấn cơng trực tiếp vào tinh bột nhờ đó rút ngắn thời gian q trình dịch hóa.
Q trình đường hố.
Đường hóa là q trình phân cắt amyloza, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, các dextrin bậc thấp, dễ dàng hòa tan vào nước thành chất hịa tan của dịch đường, q trình này được thực hiện bởi nhóm enzyme amylaza bao gồm α-amylaza , β-amylaza
amylophosphataza.
α-amylaza tác động lên mạch amyloza và amylopectin của tinh bột và bẻ gẫy mối liên kết α-1.4-glucozit, α-1.6-glucozit của amylopectin không bị phá huỷ, sản phẩm cuối cùng của quá
trình này chủ yếu là dextrin, một lượng glucose và maltose.
β-amylaza cắt liên kết α-1.4-glucozit và giải, phóng từng đơi glucoza, β-amylaza sẽ tác
dụng cho tới những chỗ bắt đầu rẽ nhánh của phân tử amylopectin(liên kết α-1.6-glucozit) thì dừng lại để tạo thành sản phẩm là maltose.
Bên cạnh đó hai enzyme α-amylaza và β-amylaza có thể cùng tác động trên toàn mạch amylose và mạch nhánh của amylopectin để tạo thành đường maltose
Amylophosphataza tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột với chức năng làm cho q
trình hồ hóa dễ hơn. Nó cắt phân tử axitphosphoric ra khỏi mạch amylopectin.
Kết quả của quá trình này là 60% maltose được tạo thành, ngồi ra cịn có các đường saccharose, glucose, fructose.
Đường hoá phụ thuộc: Nhiệt độ, pH của dịch cháo, nồng độ tinh bột, nồng độ và hoạt độ của enzyme.
Cường độ của các quá trình enzym khác nhau phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng của enzym hoạt tính và điều kiện xảy ra phản ứng. Bằng cách điều chỉnh khối lượng của chúng, ta có thể tạo ra ưu thế cho sự hoạt động của các enzym này hay các enzym khác. Cũng bằng cách như vậy ta có thể tạo ra sự thuỷ phân đến cùng hay thuỷ phân cục bộ của các chất riêng biệt. Qua đó có thể điều chỉnh được tương quan tỷ lệ giữa các pha sản phẩm tạo thành. Vì hợp phần của chất chiết có những tính chất khác nhau cho nên khi chúng có sự thay đổi về tương quan khối lượng thì sẽ dẫn đến sự thay đổi tính chất của dịch đường - nhân tố quyết định để sản xuất loại bia này hay loại bia khác.
o Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đường hoá đến hàm lượng đường và dextrin
Mỗi một enzym đều có nhiệt độ hoặc vùng nhiệt độ tối ưu riêng của mình. Nhiệt độ thủy phân là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng của quá trình enzyme. Điều chỉnh nhiệt độ để điều hịa phản ứng là giải pháp hữu hiệu nhất để định hướng tiến trình enzyme. Để điều chỉnh tỷ lệ các thành phần của dịch đường phải điều chỉnh nhiệt độ của dịch cháo sao cho phù hợp với nhiệt độ tối ưu của từng enzyme và phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian thì các hợp chất mới được phân cách một cách triệt để. Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của α-amylaza ở những điều kiện bình thường khác trong q trình đường hố là 70-750C, của β-amylaza là 60-630C, còn amylophosphataza là 700C. Đường hố ở 60-630C là tạo ưu thế cho sự hình thành maltoza cịn ở 70-750C là ưu thế của dextrin.
Bảng 2.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đường hoá đến hàm lượng đường và dextrin tạo thành Nhiệt độ đường
hoá,0C
Thành phần chất chiết, % tổng gluxit Tỷ số đường : dextrin Đường( theo
62.5 65 70.9 75 78.64 70.28 62.72 59.93 21.36 29.72 37.28 40.07 1 : 0.27 1 : 0.42 1 : 0.59 1 : 0.67
Qua số liệu cho ở bảng trên ta thấy rằng vùng nhiệt độ tối ưu cho các enzym trong nhóm amylaza là 65-700C. Tuy nhiên vùng nhiệt độ này cịn phụ thuộc vào pH của mơi trường
o Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đường hoá
Đây là yếu tố ảnh hưởng khá rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và ảnh hưởng đến độ bền protein của enzyme. Đa số các enzyme bền trong giới hạn pH 5-9. Độ bền của chúng có thể tăng lên khi trong mơi trường có sự hiện diện của cơ chất, coenzyme hoặc Ca2+. Các enzyme khác nhau thì có pH tối ưu là khác nhau.
Mơi trường dịch malt có pH lớn hơn so với pH tối ưu của enzyme. Vì vậy trong quá trình nấu, người ta thường bổ sung axit đế làm giảm pH của dịch nha. Đồng thời sử dụng nước mềm để nấu.
Độ chua tác dụng tối ưu cho hoạt động của α-amylaza trong điều kiện đường hoá là 5.5-5.8, cho β-amylaza là 4.8-5.0, còn cho amylophosphataza là 5.5-5.7. Độ chua tác dụng tối ưu cho cả nhóm amylaza là 5.4-5.6. Nếu pH dưới 2.8 hoặc cao hơn 8 thì enzym bị tê liệt đến vô hoạt.
pH tối ưu của amylaza phụ thuộc rất nhiều yếu tố, quan trọng nhất là nhiệt độ. Khi ta tăng nhiệt độ của dịch cháo thì pH tối ưu của enzym cũng tăng theo.
Bảng 2.11: Ảnh hưởng nhiệt độ đến pH tối ưu của enzym
Nhiệt độ 0C Vùng pH tối ưu
α-amylaza β-amylaza Chung cho amylaza
50 60 70 4.9-5.1 5.2-5.6 5.8-6.0 4.6-4.8 4.9-5.2 5.4-5.6 4.8-5.0 5.2-5.5 5.5-5.8
Khi hạ pH của dịch đường xuống trong một giới hạn nhất định thì hiệu suất chất hồ tan sẽ tăng lên, đồng thời ta lại có thể rút ngắn được thời gian đường hoá.
Bảng 2.12: Sự phụ thuộc giữa pH môi trường với thời gian và hiệu suất đường hoá
pH của hỗn dịch Thời gian đường hoá(phút) Hiệu suất chất hồ tan tính theo % chất khơ 6.4 5.6 5.3 5.1 4.8 4.52 4.26 25 15 15 35 40 >90 >90 76.89 78.21 78.86 79.41 79.06
Khơng lọc được dịch đường Khơng lọc được dịch đường Ngồi nhiệt độ và pH quá trình đường hố cịn phụ thuộc vào nồng độ cơ chất:
o Nồng độ cơ chất:
Ảnh hưởng khá mạnh đến khối lượng và chất lượng của các sản phẩm thủy phân. Thơng thường thì nồng độ càng lỗng thì lượng đường tạo ra theo cơ chất càng nhiều, đặc biệt là những loại đường thấp phân tử. Tuy nhiên khi ở nhiệt độ cao, enzyme trong dịch cháo lỗng sẽ bị ức chế. Khi đường hóa dịch cháo đặc, lượng đường maltose thu được sẽ nhiều hơn so với dịch cháo loãng do enzyme β-amylaza bền hơn và thời gian đường hóa kéo dài, thích hợp với β-amylaza.
Một số biến đổi khác
o Sự biến đổi keo tụ và kết lắng protein.
Sự biến tính và kết lắng là những thuộc tính của protein khi chúng bị tác động những yếu tố ngoại cảnh. Ở điều kiện đường hố yếu tố ngoại cảnh đó là nhiệt độ cao của môi trường. Đây là
những q trình có lợi cho cơng nghệ sản xuất bia vì khi protein đã bị biến tính và kết lắng thì chúng sẽ được loại ra khỏi dịch đường, sẽ làm tăng độ bền keo của bia, giảm khả năng gây đục bia.
Sự kết tủa này phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt đun nóng, pH của dịch. o Sự tạo thành melanoid:
Phản ứng tạo melanoid hay còn gọi là phản ứng ozamin là phản ứng có vai trị quan trọng trong cơng nghệ sản xuất bia nói riêng và cơng nghệ sản xuất thực phẩm nói chung. Quá trình tạo melanoid đã xảy ra một cách mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt nhờ đó mà đã tạo ra một bước ngoặc quan trọng về tính chất cảm quan của bán thành phẩm. Đến giai đoạn đường hoá, ở nhiệt độ cao đường kết hợp với axit amin tạo thành melanoid. Sự tạo thành melanoid cùng với phản ứng caramen tạo ra mùi thơm đặc trưng, tạo vị và khả năng tạo bọt cho bia, làm tăng độ màu cho bia.
Phản ứng tạo melanoid chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Quan trọng nhất là những yếu tố sau đây:
- Ảnh hưởng của axit amin và đường. - Ảnh hưởng của nước.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của môi trường. Ở nhiệt độ 00C và dưới 00C phản ứng không xảy ra. Ở nhiệt độ khác nhau thì melanoid tạo thành có thành phần và mùi vị khác nhau, ở 95 - 1000C thì melanoid có mùi vị hài hịa nhất và trên 1900C thì cho vị đắng khó chịu.
o Hồ tan các thành phần chất của malt:
Trong vỏ malt chứa khá nhiều hợp chất polyphenol, chất chát và chất đắng. Trong quá trình đường hoá, do tiến hành ở nhiệt độ cao nên một số khá lớn sẽ hào tan vào nước. Sự hoà tan các hợp chất này vào dịch đường là một dấu hiệu bất lợi vì chúng sẽ tạo cho bia có vị lạ khó chịu. Sự oxy hoá các hợp chất này là nguyên nhân làm tăng cường độ màu của dịch đường. Q trình hồ tan polyphenol, chất chát và chất đắng phụ thuộc vào nhiệt độ pH của môi trường và thời gian đun nấu. Nhiệt độ càng cao, pH càng cao và thời gian đun nấu càng dài thì lượng hồ tan càng lớn. Hiện tượng này càng nguy hiểm khi ta sử dụng nước có độ cứng cacbonat cao để đường hố ngun liệu. Biện pháp hữu hiệu nhất để hạn chế sự hồ tan của các hợp chất nói trên là phải sử
dụng nước mềm để đường hoá nguyên liệu. Trong thời gian đường hoá, tất cả các hợp phần của nội nhũ đều được hào tan vào dịch đường. Những hợp phần đó là:
- Tất cả các hợp chất thấp phân tử đã có trong malt như đường, dextrin, axitamin, các sản phẩm thuỷ phân protein, các chất khoáng…
- Tất cả các hợp chất thấp phân tử được hình thành trong thời gian đường hố như đường, dextrin, các sản phẩm thuỷ phânprotein, các sản phẩm thuỷ phânhemixenluloza, thuỷ phân chất béo, thuỷ phân các chất chứa phospho…tất cả những hợp chất này hoà tan vào nước và tạo thành chất chiết của dịch đường.
o Phản ứng giữa muối của nước và phosphat của cháo malt
Khi bắt đầu hoà bột malt vào nước phản ứng đã bắt đầu xảy ra. Các muối bicacbonat và cacbonat sẽ biến đổi kali phosphat bậc nhất thành bậc 2, đồng thời với nó là sự hình thành phosphat bậc 2 của canxi và magie, và thỉnh thoảng lại tạo ra canxi phosphat bậc ba. Những phản ứng này sẽ làm giảm độ chua định phân và tính đệm của dịch cháo.