Tổng quan quy trình sản xuất, thành phần hóa học của malt và ứng dụng malt trong công nghiệp thực phẩm

Bài viết Tổng quan quy trình sản xuất, thành phần hóa học của malt và ứng dụng malt trong công nghiệp thực phẩm cung cấp kiến thức kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất malt, các vấn đề giúp cải thiện chất lượng của malt nhằm đa dạng dòng sản phẩm với nhiều phương pháp, công nghệ mới.

TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT, THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MALT VÀ ỨNG DỤNG MALT TRONG CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨM

Phan Phước Thảnh, Lê Thị Ngọc Mai

Viện Khoa học Ứng dụng Hutech, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

(HUTECH) GVHD: ThS Trần Thị Ngọc Mai

TÓM TẮT

Đại mạch mang hương vị hấp dẫn và giàu dinh dưỡng Hạt đại mạch đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành

đồ uống, đặc biệt là công nghiệp sản xuất bia Để chuẩn bị cho quy trình sản xuất bia, hạt đại mạch trải qua quá trình tạo malt Quá trình này làm mềm thành tế bào hạt và kích thích sinh tổng hợp các enzyme nội bào chuyển hóa các chất trong hạt Các hạt đại mạch trong quá trình sản xuất malt được duy trì và kiểm soát chặt chẽ các thông số chất lượng để đảm bảo hiệu quả chế biến và chất lượng sản phẩm cuối cùng Bài báo cung cấp kiến thức kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất malt, các vấn đề giúp cải thiện chất lượng của malt nhằm đa dạng dòng sản phẩm với nhiều phương pháp, công nghệ mới

Từ khóa: Chất lượng malt, đại mạch, đặc điểm sinh hóa, quá trình ươm mầm

1 TỔNG QUAN ĐẠI MẠCH VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT MALT

1.1 Tổng quan đại mạch

Đại mạch, tên khoa học Hordeum vulgare, là nguyên liệu cung cấp tinh bột cần thiết cho quá trình sản xuất

bia Tinh bột được chuyển hóa thành chất hòa tan có thể lên men

được Đại mạch được chia thành hai loại: đại mạch hai hàng (gieo

vào mùa xuân) và đại mạch sáu hàng (gieo và mùa đông) (Hertrich

J 2013) Tuy nhiên, trong công nghiệp sản xuất bia chủ yếu dùng đại

mạch hai hàng

Đại mạch hai hàng (Hordeum distichon) có hạt to đồng đều, vỏ mỏng

và sọc mảnh Loại đại mạch này có hàm lượng chất tan nhiều, ít vỏ

và ít các chất polyphenol cũng như chất đắng nên thường được lựa

chọn để sản xuất malt phục vụ cho các nhà máy bia (Trần Công Tước

2016)

Hình 3 Đại mạch 6 hàng (trái)

và đại mạch 2 hàng (phải)

Bảng 1 Thành phần hóa học tính theo khối lượng khô trong đại mạch

Tổng số carbohydrate 70,0 – 85,0 % Các chất vô cơ 2,0 – 4,0 %

Protein 10,5 – 11,5 % Chất béo 1,5 – 2,0 %

1.2 Quy trình sản xuất malt

Các chất có cấu trúc phức tạp như: tinh bột, protein, acid nucleic,… được chuyển hóa thành các chất thấp

phân tử dễ hòa tan như: đường đơn giản, dextrin bậc thấp, acid amin, nucleotic, chất khoáng và vitamin

nhờcác enzyme thủy phân sinh ra trong quá trình ươm hạt (Hoàng Đình Hòa 2002)

nước nhằm tăng độ ẩm của hạt đại mạch từ 12% đến khoảng 43% (Trần Công Tước 2016), phôi hoạt động trao đổi chất sinh tổng hợp acid gibberellic – hoạt động như chất xúc tác cho quá trình sản xuất của các enzyme thủy phân Trong giai đoạn này, cần kiểm soát không khí để giảm sự phát triển vi sinh vật kỵ khí, gây chua (Briggs và cộng sự 2004) Sau khi đạt độ ẩm yêu cầu, tiến hành quá trình ươm mầm để phôi phát triển thành rễ và mầm Bên cạnh đó, sinh tổng hợp và hoạt hóa hệ enzyme thủy phân nội bào, chuyển hóa các hợp chất phức tạp trong hạt Tiếp theo, hạt sau ươm mầm mang sấy nhiệt độ tăng từ 50-850C trong khoảng 21h, hạt đạt độ ẩm 4% Sau sấy, tách mầm và thu được malt (Poutanen và cộng sự 2020)

2 ĐẶC ĐIỂM SINH HÓA CỦA ĐẠI MẠCH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MALT

2.1 Thành phần protein

Các loại hạt có hàm lượng protein cao thường không được mong muốn bởi vì nó hạn chế sự phân hủy tinh bột do enzyme cản trở sự tiếp cận của các enzyme thủy phân, thời gian ngâm lâu hơn và do đó dẫn đến chiết xuất malt kém (Brennan và cộng sự 1996) Hàm lượng protein cao trong malt giúp tăng cường ổn định bọt (Fox và cộng sự 2003) Tuy nhiên, lượng protein thấp làm giảm acid amin lên men sản xuất bia

Do đó, để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng của malt, hạt đại mạch phải có hàm lượng protein phù hợp Đối với tất cả các loại bia, giá trị protein vượt quá 12% là dấu hiệu về sự hình thành cặn trong bia (Deme

và cộng sự 2020) Dựa vào độ hòa tan, có thể chia protein đại mạch thành bốn loại: globulin (tan trong muối), albumin (tan trong nước), hordein hay prolamin (tan trong rượu), và glutelin (không chiết xuất bằng một trong hai dung môi) Một số chất thường được sử dụng trong sản xuất bia để loại bỏ các protein hoạt động tạo cặn này như silica, tannin và prolyl endoprotease Hordein độc hại đối với những người tiêu thụ bia nhạy cảm với gluten Các loại bia không chứa gluten phải chứa hàm lượng hordein dưới 10 mg/kg (Taylor và cộng sự 2006)

2.2 Thành phần carbohydrate

Carbohydrate chiếm khoảng 80% hạt đại mạch Ở giai đoạn ươm mầm, các enzyme thủy phân tinh bột được tạo ra, giải phóng và sau đó được kích hoạt Sau quá trình nghiền, malt được đường hóa, các chuỗi amylopectin bị phân cắt ngắn hơn và các chuỗi amylose dài bị phân cắt nhanh chóng thành glucose, maltose

và maltotriose (Quek và cộng sự 2019), sẽ được lên men để tạo ra ethanol bằng men Dựa trên hàm lượng amylose, tinh bột trong hạt đại mạch có thể được phân loại thành dạng sáp (95-100% amylopectin và <5% amylose), bình thường (∼25-27% amylose), và loại amylose cao (> 35%) (Shu và cộng sự 2014)

2.3 Hệ enzyme thủy phân

Một trong những ứng dụng thiết yếu của enzyme trong thực phẩm ngành công nghiệp sản xuất bia Mục đích của sự ươm mầm trong quá trình sản xuất mạch nha là sản xuất enzyme thủy phân trong hạt, có thể được phân thành ba nhóm chính: enzyme thủy phân thành tế bào (arabino xylanase và β-glucanase), enzyme thủy phân tinh bột (α-amylase, β-amylase, dextrinase, α-glucosidase) và enzyme phân giải protein Lượng nội sinh tổng hợp các enzyme phụ thuộc vào mức acid gibberellic và sự đáp ứng của lớp

aleurone đối với hormone Các loại enzyme và hoạt động được trình bày qua hình 3

3 ỨNG DỤNG CỦA MALT TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Malt rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16- 18% các chất thấp phân tử dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn giản dextrin bậc thấp, các acid amin, chất khoáng, vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú, chủ yếu là α, β – amylase và protease Chính vì thế, malt được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như: chế biến bột dinh dưỡng cho trẻ em, đồ uống tổng hợp cho người già và phụ nữ mang thai, làm tác nhân đường hóa trong sản xuất kẹo mạch nha, tác nhân dịch hóa trong công nghệ sản xuất rượu cồn,… (Nguyễn Thị Hiền

và cộng sự 2007) Tuy nhiên, malt vẫn là nguyên liệu có tính chất truyền thống trong sản xuất bia Là một loại đồ uống lên men, bia có thể có tác dụng có lợi đối với tiêu hóa, sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột, hàng rào ngăn ngừa rối loạn sinh học (Bell và cộng sự 2018, Marco và cộng sự 2017)

Bên cạnh đó, các loại bia không cồn và ít cồn đang được tiêu thụ đáng kể Đặc điểm cảm quan của các loại bia này rất giống với các loại bia có cồn Sản phẩm bia không cồn hay nồng độ cồn thấp sẽ làm giảm ảnh

những loại đồ uống này trở thành một sự thay thế tuyệt vời cho nước ngọt có ga (Osorio-Paz và cộng sự 2019)

Ứng dụng bã malt trong quá trình lên men chìm Bacillus subtilis Bã malt là chất thải phổ biến hoặc sản phẩm phụ từ các ngành sản xuất bia sau quá trình sản xuất bia và xay xát malt đại mạch Bacillus subtilis RB14 được sử dụng để nghiên cứu sự phát triển của vi sinh vật và sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp như kháng sinh lipopeptide iturin A trong bã mạch nha (Khan và cộng sự 2009)

4 KẾT LUẬN

Để nâng cao hiệu quả và năng suất sản xuất bia, malt có hoạt tính enzyme và giá trị chiết xuất cao là điều cần thiết Chất lượng malt phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm hình dạng, kích thước, tính đồng nhất, trọng lượng, độ cứng, protein, carbohydrate, hệ enzyme, độ ẩm,… ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng malt Do

đó, các nhà sản xuất bia luôn tìm cho mình một sản phẩm malt chất lượng cao để duy trì chất lượng trong suốt quá trình sản xuất, mang lại kinh tế ổn định Bài đánh giá cung cấp kiến thức nhằm mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất malt và nấu bia để đạt được loại bia chất lượng cao

Hiện tại, Việt Nam và các nước trên thế giới đã áp dụng nhiều phương pháp, công nghệ khác nhau tạo ra nhiều thương hiệu nổi tiếng Bên cạnh đó, trên thị trường đang xuất hiện các loại đồ uống mới từ malt, đáp ứng nhu cầu của thị trường là thưởng thức các loại bia với hương thơm và hương vị khác biệt Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để nâng cao cơ hội kinh doanh và gia tăng giá trị của malt

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hertrich J (2013) Topics in brewing: malting barley MBAA TQ 50(1): 29–41

[2] Trần Công Tước (2016) Sản xuất bia lý thuyết và thực hành

[3] Hoàng Đình Hòa (2002) Công nghệ sản xuất malt và bia

[4] Briggs, D E., Brookes, P A., Stevens, R B C A., & Boulton, C A (2004) Brewing: Science and practice (1st ed.) Woodhead Publishing Limited and CRC Press LL

[5] Poutanen, K S (2020) Cereal raw material pretreatment In A Perdon, S Schonauer, and K Poutanen (Eds.), Breakfast cereals and how they are made: Raw materials, processing, and production (pp 97– 107) Elsevier

[6] Brennan, C S., Harris, N., Smith, D., & Shewry, P R (1996) Structural differences in the mature endosperms of good and poor malting barley cultivars Journal of Cereal Science, 24(2), 171–177 [7] Fox, G P., Panozzo, J F., Li, C D., Lance, R C M., Inkerman, P A., & Henry, R J (2003) Molecular basis of barley quality Australian Journal of Agricultural Research, 54(11–12), 1081–1101

[8] Deme, G D., Asfaw, B T., & Gari, M T (2020) Evaluation of malting potential of different barley varieties Journal of Water Pollution & Purification Research, 6(3), 24–35

[9] Taylor, J R N., Schober, T J., & Bean, S R (2006) Novel food and non-food uses for sorghum and millets Journal of Cereal Science, 44(3), 252–271

[10] Quek, W P., Yu, W., Tao, K., Fox, G P., & Gilbert, R G (2019) Starch structure-property relations

as a function of barley germination times International Journal of Biological Macromolecules, 136, 1125–1132

[11] Shu, X., & Rasmussen, S K (2014) Quantification of amylose, amylopectin, and Î2-glucan in search for genes controlling the three major quality traits in barley by genome-wide association studies Frontiers in Plant Science, 5, 197

[12] Nguyễn Thị Hiền, Lê Thanh Mai, Lê Thị Lan Chi, Nguyễn Tiến Thành, Lê Viết Thắng (2007) Khoa học – Công nghệ malt và bia

[13] Bell, V., J Ferrao, L Pimentel, M Pintado, and T Fernandes 2018 “One Health, Fermented Foods, and Gut Microbiota.” Foods 7 (12)

[14] Marco, M L., D Heeney, S Binda, C J Cifelli, P D Cotter, B Foligne, M Ganzle, R Kort, G Pasin, A Pihlanto, E J Smid, and R Hutkins 2017 “Health benefits of fermented foods: microbiota and beyond.” Curr Opin Biotechnol 44:94–102

[15] Osorio-Paz, I., Brunauer, R., & Alavez, S (2019) Beer and its non-alcoholic compounds in health and disease Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 1–14

[16] Khan, A W., Rahman, M S., & ANO, T (2009) Application of malt residue in submerged fermentation of Bacillus subtilis Journal of Environmental Sciences, 21, S33–S35

QUALITY ATTRIBUTES MALT AND MALT APPLICATION IN

FOOD INDUSTRY

Phan Phuoc Thanh, Le Thi Ngoc Mai

Institute of Applied Science, Ho Chi Minh City University of Technology

(HUTECH)

Instructor: MSc Tran Thi Ngoc Mai SUMMARY

Barley is a whole grain that was first grown around 10,000 years ago in Ethiopia It has a nutty flavor and

is perhaps the most nutrient-dense grain of all Therefore, barley grain has been widely applied in the beverage industry, especially in beer production To prepare for the brewing process, barley seeds undergo

a process of germinating then drying This process softens the granulosa cell wall and stimulates the biosynthesis of intracellular enzymes that metabolize the granules Barley grains in the malt production process need to maintain and strictly control quality parameters to ensure processing efficiency and final product quality The article provides knowledge about quality control in the malt production process, the

issues to help improve the quality of malt in order to diversify product lines with many new methods and technologies

Keywords: Barley, biochemical characteristics, enzymes, quality control, malt