Tác dụng của amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng vì khôngphân cắt được liên kết 1,6 - glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectinnên dù có chịu tác dụng lâu thì s
QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO
THUYẾT TRÌNH QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU GẠO
1.1.1 Nguyên liệu chính đó là gạo và bánh men
Gạo nếp lý tưởng để nấu rượu, mang lại hương thơm đậm đà, vị ngọt ngào và cảm giác êm nồng, giúp sản phẩm trở nên thơm ngon hơn Trong khi đó, gạo tẻ mặc dù có giá thành rẻ hơn, nhưng khi nấu rượu thì không cho ra mùi thơm đặc trưng như gạo nếp và có chất lượng không cao bằng Vì vậy, để tạo ra rượu chất lượng, sử dụng gạo nếp là lựa chọn tối ưu để đạt được hương vị thơm ngon, đậm đà.
Cho nguyên liệu ngâm trong nước nhằm loại bỏ tạp chất bẩn đồng thời làm hạt gạo tơi xốp và trương phồng.
Trong quá trình ngâm nguyên liệu hút nước và trở nên mềm hơn, rút ngắn thời gian nấu.
Gạo nấu phải là gạo xát lứt và vẫn còn dính cám trên hạt gạo nghĩa là khi xát gạo, tẩy lớp vỏ trấu bên ngoài ra.
Lượng nấu: Để nấu không bị nát và nhão thông thư ng tỉ lệ gạo nước sẽ là: 1:1.
Mục đích là để làm chín hạt gạo, h hóa tinh bột gạo giúp vi sinh vật dễ sử d ng tinh bột để lên men rượu.
Sau khi nấu chín, đổ cơm rượu ra thúng, nong và trải đều để nguội cơm Nên duy trì nhiệt độ khoảng 30 độ C khi ủ rượu để đảm bảo hương vị thơm ngon và chất lượng của rượu Tránh để cơm rượu nguội quá lâu, vì điều này có thể ảnh hưởng đến độ ngon của rượu mật.
Khi cơm đã nguội thì lúc đó trộn bánh men đều với cơm bằng cách bóp tinh bánh men và rắc lên bề mặt của cơm rượu.
Người xưa thường dựa vào kinh nghiệm và sự quen tay để xác định tỷ lệ trộn men và cơm rượu, từ đó tạo ra tỷ lệ phù hợp cho quá trình ủ Hiện nay, tỷ lệ phổ biến được áp dụng là từ 25g đến 30g men trên mỗi kilogram gạo, tuy nhiên, tỷ lệ này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại men sử dụng, đảm bảo quá trình ủ đạt hiệu quả tối ưu và phù hợp với từng loại men khác nhau.
Bao gồm 2 giai đoạn: lên men ẩm và lên men lỏng
Lên men ẩm là quá trình tạo điều kiện để enzyme Amylase của nấm mốc, vi khuẩn xúc tác thủy phân tinh bột, giúp chuyển hóa tinh bột thành đường dễ tiêu hóa Quá trình này giúp cơm rượu đã trộn men phát triển tốt hơn, đảm bảo quá trình lên men diễn ra hiệu quả Thông thường, cơm rượu đã trộn men được đem đi ủ trong vòng 5 ngày để tinh bột chuyển hóa thành các hợp chất có vị ngọt tự nhiên, tạo ra sản phẩm rượu thơm ngon và đạt độ lên men mong muốn.
Trong quá trình ủ mốc, cần khoảng 10 giờ để khối cơm bắt đầu mọc Sau đó, tiến hành vun thành đống, phủ kín bằng vải và bảo quản ở nơi thoáng mát, duy trì nhiệt độ từ 28-32°C trong vòng 3-4 ngày Thời gian ủ có thể sớm hơn hoặc muộn hơn 1-2 ngày tùy vào điều kiện thời tiết, đảm bảo quá trình lên mốc diễn ra hiệu quả.
Lên men lỏng là quá trình nấm men sử dụng để tạo ra rượu, khi cơm rượu có mùi thơm nhẹ và vị ngọt, đồng thời cảm nhận được hơi cay của rượu, thì chuyển sang ủ trong chum hoặc vại kín với nước sạch theo tỷ lệ 1 phần gạo đến 2-3 phần nước Thời gian ủ lỏng thường kéo dài từ 12-15 ngày đối với đáy chìm và 18-22 ngày đối với đáy nổi, có thể thay đổi 1-2 ngày tùy vào điều kiện thời tiết Quá trình này giúp phát triển hương vị rượu đặc trưng, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Lần đầu chưng cất rượu, ta sẽ thu được rượu gốc có nồng độ cồn từ 55-65 độ, nhưng loại rượu này chứa lượng aldehyte cao gây hại cho sức khỏe và dễ gây ngộ độc rượu Vì vậy, rượu sau lần chưng cất thứ nhất không nên dùng để uống mà chủ yếu để ngâm hoặc chế biến các sản phẩm khác.
Chưng cất rượu lần thứ hai giúp thu được loại rượu có nồng độ cồn từ 35 đến 45 độ, đảm bảo chất lượng và hương vị Rượu này thường được dùng để uống nóng hoặc dùng để cất giữ, dự trữ lâu dài hoặc bán ra thị trường Quá trình chưng cất lần thứ hai tạo ra sản phẩm trung hòa, phù hợp để thưởng thức hoặc kinh doanh.
Trong lần chưng cất thứ 3, ta thu được rượu ngọn có nồng độ cồn thấp, vị chua nhẹ và không còn hương vị đặc trưng của rượu ban đầu Rượu này được dùng để pha chung với rượu gốc từ lần chưng cất đầu tiên, nhằm giảm độ cồn của rượu gốc Kết quả là ta sẽ có loại rượu giống như rượu trung trong lần chưng cất thứ 2, sau đó có thể cất giữ, tích trữ hoặc bán ra thị trường.
ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU GẠO
Enzyme α - amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng
Các enzyme α-amylase có trọng lượng phân tử từ 50.000 đến 60.000 Dal, nhưng có những trường hợp đặc biệt như α-amylase từ vi khuẩn Bacillus macerans với trọng lượng phân tử lên đến 130.000 Dal Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme α-amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau, cùng với tính đồng nhất trong vùng kị nước của chúng.
Image 1 Cấu trúc không gian Enzyme - α – amylase
1.2.1.2 Tính chất Điều kiện hoạt động của α - amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau pH tối thích cho hoạt động của α - amylase từ nấm sợi là 4.0 - 4.8 (có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4.5 - 5.8) Theo số liệu của Liphis, pH tối thích hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế phẩm amylase từ Asp.orysee trong vùng 5.6 - 6.2. Còn theo số liệu của Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6.0 - 7.0. Độ bền đối với tác dụng của acid cũng khác khác nhau, a-amylase của Asp.orysee bền vững đối với acid tốt hơn là a-amylase của malt và vi khuẩn B subtilis Ở pH = 3.6 và ở 0°C, α - amylase của malt bị vô hoạt hoàn toàn sau 15 - 30 phút; α - amylase vi khuẩn bị bất hoạt đến 50%, trong khi đó hoạt lực của α - amylase của nấm sợi không giảm bao nhiêu Trong dung dịch α - amylase nấm sợi bảo quản tốt ở pH = 5.0 - 5.5; α - amylase dextrin hóa của nấm sợi đen có thế chịu được pH từ 2.5 - 2.8 Ở 0°C và pH = 2.5, nó chỉ bị bất hoạt hoàn toàn sau 1 giờ.
Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động xúc tác của enzyme α-amylase khác nhau tùy nguồn nguyên liệu, trong đó α-amylase của nấm sợi đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ lý tưởng để enzyme hoạt động hiệu quả là 50°C, trong khi ở 70°C enzyme bị vô hoạt hoàn toàn.
Trong dung dịch đệm pH = 4.7, hoạt lực của α-amylase từ Asp oryzae rất nhạy cảm với nhiệt độ cao; ở 40°C trong 3 giờ, khả năng hoạt động dextrin hóa giảm còn 22-29%, trong khi hoạt lực đường hóa còn 27-85% Ngoài ra, ở 50°C trong 2 giờ, α-amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn, cho thấy tính nhiệt độ cao ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả hoạt động của enzyme.
Amylase từ nhiều nguồn khác nhau có đặc điểm tương tự nhau, với khả năng phân cắt liên kết -1,4 - glucoside trong tinh bột và glycogen một cách ngẫu nhiên, không theo trình tự nhất định Tuy nhiên, amylase không thủy phân hồ tinh bột một cách nhanh chóng mà thủy phân toàn bộ hạt tinh bột nguyên, mặc dù với tốc độ rất chậm, giúp quá trình tiêu hóa diễn ra hiệu quả mà không gây quá tải cho hệ tiêu hóa.
Quá trình thủy phân tinh bột bởi amylase là quá trình đa giai đoạn quan trọng trong việc phân giải tinh bột Ở giai đoạn đầu, gọi là giai đoạn dextrin hóa, chỉ một số phân tử tinh bột bị thủy phân tạo thành dextrin có phân tử thấp Quá trình này làm giảm nhanh độ nhớt của hồ tinh bột, đồng thời cả amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh chóng, góp phần thúc đẩy quá trình tiêu hóa tinh bột hiệu quả.
Trong giai đoạn 2 của quá trình thủy phân tinh bột, các dextrin phân tử thấp tiếp tục bị phân giải tạo thành tetra-trimaltose không phản ứng với iodine Các hợp chất này bị thủy phân chậm bởi enzyme amylase, dần dần chuyển thành các disaccharide và monosaccharide Dưới tác dụng của amylase, amylose phân giải nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose, cho thấy enzyme này phân cắt amylose thành các đoạn dài khoảng 6-7 gốc glucose (glycopiranose).
Các poliglucose bị phân cắt thành các mạch polyglucoseolagen, làm chậm quá trình phân giải đến maltotetrose, maltotriose và maltose Qua thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose, trong khi amylopectin không chỉ tạo ra các đường chính như maltose và glucose mà còn sinh ra dextrin phân từ thấp và isomaltose do tính chất không thể cắt đứt liên kết 1,6-glycoside ở mạch nhánh.
Dưới tác dụng của amylase, tinh bột được chuyển hóa thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp, giúp cải thiện khả năng tiêu hóa Amylase chủ yếu phân giải tinh bột thành dextrin phân tử thấp không tạo màu với iodine và một lượng nhỏ maltose, thể hiện đặc điểm nổi bật của enzyme này Khả năng tạo dextrin cao là đặc điểm nhận diện quan trọng của amylase trong quá trình phân giải tinh bột.
Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột của α - Amylase
Tinh bột → dextrin phân tử lượng thấp.
Dextrin → tetra và trimaltose → di & monosaccharide.
Xúc tác sự thủy phân liên kết peptit (CO – NH) trong phân tử protein và các cơ chất tương tự.
Có khả năng liên kết este và vận chuyển acid amin
Image 2 Cấu trúc không gian Enzyme protease
Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4)
Image 3 Sơ đồ phân loại Protease
Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase.
Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được phân chia thành hai loại:
Aminopeptidase là enzyme xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide, giúp giải phóng amino acid, dipeptide hoặc tripeptide, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa protein Trong khi đó, Carboxypeptidase hoạt động bằng cách thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide, từ đó giải phóng amino acid hoặc dipeptide, hỗ trợ quá trình phân giải protein một cách hiệu quả Cả hai enzyme này đều đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa protein, giúp cơ thể hấp thụ các dưỡng chất một cách tối ưu.
Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:
Serin proteinase là các proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâm hoạt động, đóng vai trò then chốt trong hoạt động xúc tác enzyme Nhóm này gồm hai phân nhóm chính là chymotrypsin và subtilisin; trong đó, chymotrypsin có mặt ở các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase, còn subtilisin bao gồm các enzyme vi khuẩn như subtilisin Carlsberg và subtilisin BPN Serine proteinase thường hoạt động mạnh trong môi trường kiềm và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất rộng, góp phần vào các chức năng sinh học quan trọng trong cơ thể và công nghiệp.
Proteinase cysteine là các enzyme chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động, thuộc loại proteinase có tính đặc hiệu cơ chất rộng Chúng bao gồm các proteinase thực vật như papain, bromelain, cùng với một số proteinase động vật và ký sinh trùng Các enzyme này thường hoạt động hiệu quả ở môi trường pH trung tính, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình phân giải protein tự nhiên.
Aspartic proteinase chủ yếu thuộc nhóm pepsin, gồm các enzyme tiêu hóa như pepsin, chymosin, cathepsin và renin Các enzyme này có đặc điểm chứa nhóm cacboxyl trong trung tâm hoạt động, giúp chúng hoạt động hiệu quả Đặc biệt, các aspartic proteinase thường hoạt động mạnh trong môi trường có độ pH trung tính, tối ưu cho quá trình tiêu hóa trong cơ thể người và động vật.
Metallo proteinase là nhóm enzyme proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm mốc và các vi sinh vật bậc cao hơn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải protein Các metalloproteinase hoạt động chủ yếu trong môi trường có pH trung tính, giúp duy trì chức năng sinh học hiệu quả Tuy nhiên, hoạt độ của chúng giảm mạnh khi tiếp xúc với EDTA, một chất chelating calcium và magnesium, giúp ức chế hoạt động của enzyme Điều này cho thấy vai trò quan trọng của metalloproteinase trong sinh lý vi sinh vật cũng như tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu và công nghiệp.
Ngòai ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:
Protease acid: pH = 2 - 4 có nhiều ở tế bào động vật, nấm men nhưng ít thấy ở vi khuẩn.
Protease trung tính: pH = 7 - 8 như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả khóm.
Protease ki m: pH = 9 - 11 (Ts Trần Thị Xô, 2019)
Protease là enzyme quan trọng trong quá trình thủy phân protein, góp phần thúc đẩy các phản ứng sinh học của enzyme Quá trình xúc tác diễn ra khi enzyme kết hợp với cơ chất tạo thành hợp chất trung gian, từ đó giúp phân giải protein một cách hiệu quả.
E(enzyme) + S (cơ chất) → ES (hợp chất trung gian)
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA ĐEN
THUYẾT MINH QUY TRÌNH
Nhằm phá vỡ cấu trúc
Giảm kích thước nguyên liệu giúp chuẩn bị cho quá hạt và cải thiện cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của nước và các thành phần nội nhũ Quá trình này thúc đẩy các hoạt động sinh lý, sinh hóa trong nguyên liệu khi nấu, từ đó nâng cao chất lượng dịch đường thu được từ nguyên liệu ban đầu.
Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước trong thiết bị đường hóa để chuẩn bị cho quá trình thủy phân Lượng nước phối trộn phụ thuộc vào loại bia cần sản xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hòa tan các hợp chất trong nguyên liệu Trong môi trường giàu nước, các hợp chất thấp phân tử như đường, các chất chiết ra sẽ hòa tan, trong khi các hợp chất cao phân tử như tinh bột, protein, phospho sẽ bị enzym phân giải để tạo thành các sản phẩm dễ hấp thụ hơn Nhiệt độ của dịch sẽ được nâng lên phù hợp để các enzyme như amylase, protease, phosphatase hoạt động tối ưu, cắt các hợp chất cao phân tử thành các phân tử thấp hơn, giúp hòa tan dễ dàng vào nước Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng quyết định hiệu suất và chất lượng của quá trình nấu bia.
Quá trình đường hóa tạo ra dịch đường giàu các chất chứa nitơ dễ đồng hóa, nhằm mục đích tách dịch đường hoặc dịch hèm khỏi vỏ và nội nhũ của hạt không tan Quá trình lọc giúp loại bỏ các kim loại nặng, lipid và giữ lại bã cùng các chất không mong muốn trong quá trình xử lý Quá trình lọc bã malt gồm hai bước chính: bước đầu là lọc để tách pha lỏng (nước và hợp chất hòa tan) khỏi hỗn hợp, thu lấy nước nha trong, đồng thời loại bỏ pha rắn - phế liệu; bước tiếp theo là rửa bã để rút hết các chất hòa tan còn lại, nhằm tăng cường sự khuếch tán của chất tan vào dịch đường và thu hồi tối đa các thành phần có giá trị.
2.1.4 Đun sôi dịch đường ( Houblon hóa )
Sau khi lọc xong dịch đường có những đặc điểm sau:
-Vị ngọt, hương thơm nhẹ của melanoidin.
Nước rất đục do chứa nhiều cặn, đặc biệt là các dạng keo, những phần tử này dễ bị biến tính và kết tủa Các hạt có phân tử lượng cao, chứa nitơ, thường xuất hiện trong nước đục, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước và hệ sinh thái.
Bia là loại thức uống có vị đắng dịu, mang hương thơm đặc trưng và độ bền sinh học cao, giúp giữ nguyên chất lượng lâu dài Để đạt được những đặc tính này, bia cần được đun sôi cùng hoa houblon, một thành phần quan trọng trong quá trình lên men Hiện nay, houblon thường được sử dụng phổ biến dưới dạng cao hoặc dạng viên để dễ dàng trong quá trình sản xuất và đảm bảo chất lượng.
Hoa houblon chứa các thành phần quan trọng như trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol và các hợp chất chứa nitơ, góp phần tạo nên vị đắng nhẹ và hương thơm dịu dàng đặc trưng của bia Quá trình trích xuất các hợp chất này vào dịch đường ngọt giúp biến đổi hương vị, từ đó hình thành đặc tính cảm quan đặc trưng của bia sau này.
Polyphenol của hoa Houblon khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao phản ứng với các hợp chất protein cao phân tử để hình thành các phức chất dạng mảng nhầy, giúp tăng độ bền keo của dịch đường Các phức chất này tạo thành lớp màng nhầy mảng mỏng dễ kết lắng, kéo theo các phân tử cặn li ti trong dịch đường, qua đó làm ổn định thành phần sinh học và nâng cao chất lượng của sản phẩm Quá trình này góp phần giữ cho dịch đường có độ bền keo cao hơn và duy trì tính ổn định của các thành phần sinh học bên trong.
Polyphenol, chất đắng và các hợp chất chứa nitơ trong hoa houblon đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo và giữ bọt cho bia Nhờ các chất này, các màng căng bề mặt có hoạt tính cao giúp giữ khí CO2 trong bia, tạo ra lớp bọt mịn, dai Các hợp chất này không chỉ tham gia vào quá trình tạo bọt mà còn chính là yếu tố quyết định độ ổn định và bền của bọt bia, góp phần nâng cao chất lượng và cảm nhận cho người thưởng thức.
2.1.5 Lắng (Tách bã ) và làm lạnh Đưa nhiệt độ dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men bia theo yêu cầu kỹ thuật Đồng thời làm lạnh nhanh để tránh các vi sinh vật trong môi trường nhiễm vào dịch lên men Đồng thời quá trình làm lạnh nhanh cũng tạo điều kiện để tạo lắng những hợp chất hữu cơ kém chịu nhiệt.
Giảm nhiệt độ của dịch đường để tạo điều kiện thuận lợi cho việc bão hòa O2 cho quá trình lên men sau này.
Lên men chính là quá trình chuyển đổi các chất đường và dextrin có phân tử thấp thành rượu etylic (C2H5OH), CO2 cùng một số sản phẩm phụ khác, nhằm tạo nên bia theo đúng kỹ thuật và đảm bảo chất lượng sản phẩm Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia, giúp chuyển đổi nguyên liệu thành thành phẩm đạt tiêu chuẩn Việc kiểm soát quá trình lên men chính đảm bảo bia có hương vị tối ưu và độ an toàn cao cho người tiêu dùng.
Lên men phụ là quá trình lên men phần chất khô còn lại sau quá trình lên men chính, giúp tăng cường hương vị và giảm lượng diacetyl trong bia Trong giai đoạn này, bia được bão hòa khoảng 1% CO2, đảm bảo quá trình chín và ổn định chất lượng bia hiệu quả Việc đưa bia về nhiệt độ thấp trong quá trình lên men phụ giúp hạn chế sự xâm nhập và phá hoại của các vi sinh vật khác, đảm bảo an toàn và độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng.
Bia sau quá trình lên men phụ vẫn chứa nhiều nấm men dư thừa và các chất kết tủa phát sinh từ quá trình lên men hoặc đường hóa Để đảm bảo chất lượng và đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng, cần tiến hành tách các thành phần cặn và nấm men dư thừa ra khỏi bia, giúp sản phẩm có độ trong và trong suốt phù hợp.
Trong quá trình sản xuất bia, các công đoạn làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất thấp có thể làm giảm hàm lượng CO2 trong bia Do đó, trước khi chiết bia vào chai hoặc lon, cần phải bổ sung CO2 đến mức đạt chuẩn để đảm bảo chất lượng và cảm giác sủi bọt tối ưu cho người tiêu dùng.
CO2 được bổ sung vào bia thông qua các đường ống dẫn dài kết hợp các đoạn nối để hòa tan hiệu quả vào bia Để đảm bảo quá trình hòa tan đạt kết quả tối ưu, cần thiết lập hệ thống dẫn khí với áp lực phù hợp và sử dụng các thiết bị chuyên dụng giúp CO2 hòa tan hoàn toàn vào bia, từ đó nâng cao chất lượng và hương vị của sản phẩm.
- CO2 cần được phun vào ở dạng các bọt khí có kích thước càng nhỏ càng tốt.
Ban đầu, CO2 liên kết với các thành phần của bia một cách lỏng lẻo, do đó cần thời gian để các liên kết này trở nên vững chắc hơn Quá trình này góp phần đảm bảo độ carbonation phù hợp và mang lại hương vị tốt nhất cho bia Hiểu rõ về sự liên kết của CO2 giúp nhà sản xuất điều chỉnh quy trình để nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
- Chất lượng CO2 bổ sung phải đảm bảo : không chứa O2 và vi sinh vật nhiễm tạp, hệ thống bão hòa CO2 thường dễ vệ sinh.
- Bia sau khi bổ sung CO2 được chứa trong các thùng chịu áp suất trong thời gian từ
2 - 3 ngày để CO2 hòa tan hết vào bia ở nhiệt độ 0 - 2 o C.
ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA ĐEN
Cellulase là enzyme chủ yếu do nấm, vi khuẩn và các động vật nguyên sinh sản xuất, có khả năng phân giải cellulose và các polysaccharide liên quan Đây còn là thuật ngữ dùng để chỉ các hợp chất enzyme tự nhiên gồm nhiều loại enzyme khác nhau hoạt động phối hợp hoặc cùng lúc để phân hủy vật liệu cellulose Cellulase đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy cellulose, góp phần vào sản xuất nhiên liệu sinh học và các ứng dụng sinh học khác.
Enzyme cellulase được chia thành 3 loại :
- Exo- β -1,4-glucanase: chia thành 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolase (EC
Nhiệt độ hoạt động thích hợp ở 55 độ C, bền ở 30-45 độ C.
Bền pH = 5,5 và hoạt tính cao ở pH = 6 Ít ảnh hưởng bởi các dung môi hữu cơ ( trừ n-butanol).
Các ion kim loại và EDTA nồng độ 4-12mM ảnh hưởng làm giảm hoạt tính enzyme. Độ bền nhiệt và tính đặc hiệu cơ chất có thể khác nhau.
Trọng lượng của enzyme Cellulase thay đổi từ 30-110 KDa.
Cơ chế Enzyme 1,4-Beta-D-glucan cellobiohydrolase (EC32191) : enzyme này thuỷ phân liên kết 1,4-beta-D-glucoside từ đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành cellubiose.
Cơ chế 1,4-Beta-D-glucanohydrolase (EC3214): Enzyme này thuỷ phân ngẫu nhiên liên kết 1,4-beta-D-glucoside giữa mạch của chuỗi cellulose,lichenin, và các Beta-D- glucan của ngũ cốc.
Cơ chế Beta-D-glucoside glucohydrolase (EC32121): Enzyme này thuỷ phân gốc Beta-D-glucoside không khử ở đầu tận cùng để giải phóng ra Beta-D-glucose.
2.2.2.1 Cấu tạo γ-Amylase (glucoamylase hay α-1,4-glucan-glucohydrolase) là những enzyme có thể thuỷ phân được cả hai kiểu liên kết của các mạch α-glucan để giải phóng ra ở dạng β. Glucoamylase hayγ-Amylase chủ yếu được tạo ra bởi các vi sinh vật Đặc biệt là kiểu nấm mốc aspergillus, penicillium và Rhizopus Amyloglucosidase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử lượng dao động rất lớn từ 27.000 đến 112.000 Dal tuỳ thuộc vào nguồn gốc của Enzyme nói chung thì các amyloglucosidase đều chứa các gốc methionin, tryptophan, và một nửa gốc cystein Tuy nhiên mối quan hệ giữa chuỗi acid amin, cấu trúc bậc 3 và hoạt động của Enzyme vẫn chưa được làm sáng tỏ tất cả các amyloglucosidase từ nấm mốc đều là glucoprotein chứa từ 5 - 20% gluxit trong đó chủ yếu là các mono saccharic glucose mannose, galactose và glucosamin.
Amyloglucosidase chủ yếu gồm hai isoenzyme là Isoenzyme I và II, khác nhau về khả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn và độ bền Trong đó, Amyloglucosidase I có khả năng tự hấp thụ và phân giải tinh bột khi ở trạng thái rắn, còn Amyloglucosidase II không thể thực hiện các chức năng này Sự khác biệt này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của quá trình phân giải tinh bột trong các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu sinh học.
Glucoamylase có khả năng thuỷ phân các liên kếtα-1,4 lẫn α-1,6 glucoside.
Glucoamylase là enzyme ngoại bào chịu trách nhiệm thủy phân liên kết α-1,4-glucan trong chuỗi polysaccharide, tách từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch để tạo ra glucose tự do Enzyme này còn được gọi bằng nhiều tên khác nhau như α-1,4; α-1,6-glucan-4,6-glucohydrolase, amyloglucosidase, taka-Amylase B, và γ-Amylase, phản ánh các đặc tính và chức năng sinh học của nó trong quá trình phân giải tinh bột.
Glucoamylase có khả năng thủy phân các liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside cùng với các liên kết α-1,4 và α-1,6, giúp phân giải hoàn toàn tinh bột, glycogen, amylopectin, dextrin, panose, iso maltose và maltose thành glucose mà không cần sự hỗ trợ của enzyme khác Nó thủy phân nhanh các polysaccharide lớn như amylopectin và glycogen hơn so với các phân tử nhỏ, đặc biệt hiệu quả đối với polysaccharide nhánh Glucoamylase hoạt động tối ưu trong pH từ 3,5 đến 5,5 và ở nhiệt độ khoảng 50°C, cho hiệu suất cao nhất So với α-Amylase, enzyme này có độ bền cao hơn trong môi trường axit, nhưng lại kém bền hơn khi tiếp xúc với rượu, acetone và không được bảo vệ bởi ion Ca2+.
Amyloglucosidase là enzyme có khả năng giải phóng β-D-glucose bằng cách thủy phân lặp lại các liên kết α-1,4 của mạch α-glucan từ đầu không khử Nó cũng thủy phân được các liên kết α-1,6 và α-1,3, mặc dù với tốc độ chậm hơn đáng kể (10-30 lần) Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào bản chất của các liên kết kề cạnh và cấu trúc của cơ chất bị phân giải, trong đó các α-glucan mạch dài như amylose và amylopectin bị thủy phân nhanh hơn so với maltodextrin và oligosaccharide.
2.2.3 Enzyme Protease trong quá trình lên men cải thiện quá trình lên men
Protease, còn gọi là proteinase hoặc peptidase, là enzyme thủy phân có khả năng cắt liên kết peptide (-CO~NH-) trong các phân tử protein, polypeptide và các cơ chất tương tự, giúp giải phóng amino acid tự do hoặc tạo ra các peptide nhỏ hơn Các protease khác nhau trong cùng một phản ứng sẽ có hướng xúc tác khác nhau, thể hiện đa dạng chức năng trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa protein.
Nội sinh trong hạt lúa mạch, Aperguillus sp., Pineapple latex.
Enzyme protease đóng vai trò quan trọng trong quá trình thủy phân protein thành axitamin, peptide và polypeptide Các sản phẩm này không chỉ là nguồn thức ăn cho nấm men mà còn là thành phần không thể thiếu trong quá trình lên men bia thành phẩm Việc sử dụng enzyme protease giúp tối ưu hóa quá trình lên men, nâng cao chất lượng và hương vị của bia.
Enzyme protease thể hiện hoạt tính lớn nhất trong quá trình thủy phân proteinase, giúp phân giải protein thành các polypeptide không đông tụ Sau đó, enzyme polypeptidase chuyển đổi các polypeptide này thành các axit amin tự do, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hoá và hấp thụ dưỡng chất.
Sấy malt ở nhiệt độ quá cao gây mất hoạt lực enzyme, làm giảm hiệu quả của quá trình chuyển hóa quan trọng trong chế biến malt Khi enzyme protease bị suy yếu, nó không chỉ phân cắt các liên kết peptide trong protein mà còn ảnh hưởng đến các polypeptide và dipeptide khác nhau Việc kiểm soát nhiệt độ sấy đúng quy định là yếu tố quyết định để duy trì hoạt tính enzyme, đảm bảo quá trình lên men hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Quá trình thủy phân protein nhờ enzyme protease phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường Nhiệt độ 50°C cùng pH từ 5,6 đến 5,9 là điều kiện tối ưu để tích tụ các sản phẩm thủy phân có phân tử lượng nhỏ như amino acid Ngược lại, ở nhiệt độ 60°C, quá trình thủy phân sẽ chủ yếu tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng cao hơn, như Polypeptide.
Protease là enzyme xúc tác thủy phân protein, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa amino acids Cơ chế hoạt động của protease dựa trên sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất, tạo thành hợp chất trung gian trước khi thủy phân protein thành các peptide và amino acids Các giả thuyết về cơ chế xúc tác của enzyme đều nhất quán ở chỗ quá trình này bắt đầu bằng sự tạo phức hợp giữa enzyme và cơ chất Nhờ đó, protease giúp tăng tốc quá trình phân giải protein, hỗ trợ các hoạt động sinh học quan trọng trong cơ thể.
Mặc dù các trung tâm hoạt động của protease vi sinh vật có sự khác biệt, nhưng chúng đều chung một cơ chế xúc tác trong phản ứng thủy phân liên kết peptide Protease vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải protein, giúp cải thiện hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp và sinh học Cơ chế chung của chúng liên quan đến việc phân cắt liên kết peptide, đóng vai trò then chốt trong quá trình tiêu hóa và phân hủy các hợp chất sinh học Việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của protease vi sinh vật có ý nghĩa lớn trong việc tối ưu hóa các quá trình chế biến sinh học, phục vụ cho sản xuất và nghiên cứu khoa học.
Cơ chất
Enzyme α-amylase: công đoạn nấu đường hóa nguyên liệu
2.2.4.1 Cấu tạo α - Amylase hay α-amylaza là một enzyme loại protein thủy phân liên kết alpha của các polysaccharide chứa liên kết alpha như tinh bột và glycogen, tạo ra glucose và maltose Đây là dạng chủ yếu của amylase được tìm thấy ở người và các động vật có vú khác Nó cũng có mặt trong các loại hạt giống sử dụng tinh bột như một loại năng lượng dự trữ, và trong chất tiết của nhiều loại nấm.
2.2.4.2 Tính chất α – amylase là một metaloenzyme , trong phân tử có từ 1 – 6 nguyên tử C , chúng tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme , duy trì cấu hình hoạt động của enzyme và quyết định tính bền nhiệt. α – amylase ở vi sinh vật có những đặc tính rất đặc trưng về cơ chế và khả năng tác dụng , khả năng chuyển hóa tinh bột và khả năng chịu nhiệt.
α – amylase nấm mốc hoạt tính tốt trong môi trường pH từ 4.5 đến 4.9, trong khi của vi khuẩn là 5.9 đến 6.1 Ở pH dưới 3, hầu hết các enzyme bị vô hoạt hoàn toàn ngoại trừ α – amylase của Aspergillus niger, có khả năng chịu được pH từ 2.5 đến 2.8, đặc biệt trong quá trình lên men sinh tổng hợp axit citric α – amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao, vừa tạo ra lượng lớn glucose và maltose, trong khi enzyme của vi khuẩn gồm hai loại: α – amylase dịch hóa và α – amylase đường hóa, phục vụ các quá trình chuyển hóa tinh bột hiệu quả.
Nhiệt độ hoạt động của enzyme và α – amylase xuất phát từ các nguồn khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt của chúng Đặc biệt, α – amylase do vi khuẩn sản xuất có khả năng chịu nhiệt cao, duy trì hoạt lực ngay cả khi đun sôi trong thời gian ngắn Hầu hết các chế phẩm enzyme thương mại đều được thiết kế để có khả năng chịu nhiệt tốt, phù hợp trong nhiều ứng dụng công nghiệp α – amylase là một protein giàu amino acid như tyrosine và tryptophan, góp phần vào cấu trúc và chức năng của enzyme Trong tự nhiên, α – amylase của nấm mốc chủ yếu tấn công các hạt tinh bột bị tổn thương, và sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân amylase là glucose và maltose, giúp tăng cường hiệu quả tiêu hóa tinh bột.
Những chủng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp α – amylase được sử dụng trong công nghệ : Aspergillus oryzae, Bacillus subtilic, Aspergillus Niger.
Amylase có khả năng cắt liên kết α-1,4-glucoside trong tinh bột và glycogen một cách ngẫu nhiên, không theo trình tự Đây giúp enzyme phân giải tinh bột một cách hiệu quả, từ đó hỗ trợ quá trình tiêu hóa carbohydrate trong cơ thể Ngoài ra, amylase còn thuỷ phân hạt tinh bột nguyên, tuy nhiên quá trình này diễn ra rất chậm, đặc biệt trong giai đoạn đầu của tiêu hóa.
Trong giai đoạn thủy phân tinh bột bởi amylase, giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa) diễn ra khi một số phần tử cơ chất bị thủy phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử thấp, làm giảm nhanh độ nhớt của hồ tinh bột do cả amylose và amylopectin bị phân hủy nhanh Ở giai đoạn thứ hai (giai đoạn đường hóa), các dextrin phân tử thấp tiếp tục thủy phân tạo ra tetra- và trimaltose không phản ứng với iodine, và các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase thành disaccharide và monosaccharide Dưới tác dụng của α-amylase, amiloza chuyển thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose một cách khá nhanh chóng.
Các polyglucose bị phân cắt thành các mạch polyglucose collagen ngắn dần và phân giải chậm thành maltotetrose và maltose Quá trình này kéo dài và kết quả cuối cùng là thủy phân thành khoảng 13% glucose và 87% maltose Tác dụng của enzyme này tương tự đối với amylopectin, nhưng do không phân cắt được liên kết α-1,6, sản phẩm thu được gồm 72% maltose, 19% glucose, dextrin thấp phân tử và 8% isomaltose.
Trong quá trình sản xuất bia, enzyme α – amylase chủ yếu thủy phân tinh bột thành dextrin thấp phân tử, dextrin bậc cao, cùng một lượng nhỏ đường maltose, fructose, glucose và saccharose sau khoảng 30-60 phút nấu sơ bộ nguyên liệu Tỷ lệ các loại đường này luôn thay đổi và phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu cũng như chế độ thủy phân.
Các giai đoạn của quá trình thuỷ phân tinh bột α – amylase
Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp
Dextrin tetra và trimaltose monosaccharide
QUY TRÌNH SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO
Quy trình sản xuất rượu vang nho
Xử lý trích ly Ép, ly tâm
Thu dịch quả sau khi xử lý bằng enzyme
Pha chế dịch lên men
Lên men phụ, tàng trữ
Nguyên liệu là quả tươi, có độ chín kỹ thuật, được đưa về nhà máy và được bộ phận kiểm tra chấp nhận trước khi nhập kho.
Trong quá trình thu hoạch, bảo quản và vận chuyển, một lượng quả bị vỡ hoặc hỏng có nguy cơ nhiễm tạp cao, gây hỏng sản phẩm dịch quả, ảnh hưởng xấu đến chất lượng rượu vang trong quá trình lên men Các quả dập nát, thối hỏng không chỉ làm giảm chất lượng quả mà còn là nguyên nhân chính gây thất thoát và giảm năng suất trong quá trình chế biến Việc kiểm soát và xử lý tốt các quả bị tổn thương đóng vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng và tối ưu hóa quy trình sản xuất rượu vang.
Quy trình này nhằm loại bỏ bụi bẩn và vi sinh vật bám trên bề mặt quả, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Trong quá trình xử lý, người ta thường sử dụng các thiết bị như băng tải rửa với vòi nước có áp suất lớn, bể rửa hoặc phương pháp chần nước và chần hơi để làm sạch hiệu quả Nếu cần thiết, vỏ quả cũng có thể được loại bỏ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Quả trước khi qua nghiền xé cần được sơ chế nhằm hai mục đích:
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xé, nghiền và ép.
Hạn chế tối đa các biến đổi bất lợi do quá trình oxi hóa Nho cần qua quá trình xử lý bằng SO 2
3.1.5 Xé, nghiền Để dễ dàng cho quá trình ép cần nghiền nhỏ nguyên liệu đến kích thước nhất định.
3.1.6 Xử lý khối quả nghiền bằng enzyme trích ly
Khối quả sau khi nghiền, còn gọi là khối cháo quả, là một hệ keo giữ nước có độ nhớt cao, giúp giữ lại các thành phần dưỡng chất quan trọng Việc bổ sung enzym và duy trì nhiệt độ thích hợp trong quá trình khuấy trộn là bước quan trọng để tối ưu hóa quá trình chế biến Sau một khoảng thời gian nhất định, khối quả sẽ được chuyển sang thiết bị ép hoặc ly tâm nhằm tách loại dịch, nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Quá trình tách dịch quả ra khỏi khối quả nghiền hiện nay được thực hiện bằng các thiết bị như máy ép thủy lực, máy ép trục vít, và máy ly tâm, giúp tách dịch quả khỏi bã hiệu quả Dịch quả sau đó được chuyển sang thiết bị xử lý enzyme làm trong để loại bỏ tạp chất và làm trong sản phẩm Quá trình xử lý enzyme bao gồm điều chỉnh nhiệt độ và pH phù hợp cho khối dịch quả, sau đó bổ sung enzyme và khuấy trộn đều trong thời gian quy định Sau khi hoàn tất, dịch quả sẽ được chuyển sang bước lên men để tạo ra sản phẩm cuối cùng mong muốn, đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả và an toàn.
3.1.8 Pha chế dịch lên men
Dịch lên men được pha chế theo tỷ lệ đã xác định, bao gồm dịch quả, nước và đường để đảm bảo quá trình lên men diễn ra hiệu quả Sau đó, cần điều chỉnh mức pH phù hợp để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm Cuối cùng, việc bổ sung dưỡng chất giúp vi sinh vật phát triển tốt và đảm bảo thành phần dinh dưỡng của sản phẩm lên men đạt chuẩn.
Quá trình lên men chính được thực hiện trong khoảng thời gian từ 5 - 18 ngày ở nhiệt độ 25 - 30 o C.
3.1.10 Lên men phụ - Tàng trữ
Rượu vang non được làm lạnh xuống 15°C để tách men và tiến hành lọc sơ bộ, bắt đầu quá trình lưu trữ lên men phụ Trong quá trình này, có thể bổ sung các chất phụ gia nhằm ổn định và nâng cao chất lượng của rượu vang, giúp đảm bảo hương vị và độ bền của sản phẩm.
Trước khi đóng chai thành phẩm, rượu vang cần trải qua quá trình lọc nhằm loại bỏ hoàn toàn cặn bã Quá trình lọc có thể thực hiện bằng nhiều loại thiết bị như máy lọc khung bản hoặc máy lọc Kendo để đảm bảo hiệu quả cao Ngoài ra, các chất hỗ trợ lọc như bentonit, diatomit, đất sét và các chất tạo keo như gelatin cũng giúp quá trình lọc diễn ra dễ dàng hơn Việc sử dụng enzyme trong quá trình xử lý quả còn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình lọc rượu vang, nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sau khi rượu vang được lọc, quá trình hoàn thiện sản phẩm và đóng chai là bước quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng, ổn định của rượu trước khi đưa ra thị trường tiêu thụ Việc bảo quản và theo dõi độ ổn định của rượu vang trong giai đoạn này giúp duy trì hương vị và chất lượng sản phẩm lâu dài (Ts Trần Thị Xô, 2021)
3.2 ỨNG DỤNG CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT RƯỢU
Enzyme pectinase là enzyme thủy phân quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến trái cây, giúp tăng hiệu suất thu hồi dịch quả và cải thiện chất lượng sản phẩm Nó hoạt động nhờ cơ chất là pectin, và quá trình thủy phân tạo ra các sản phẩm như acid pectic và methanol Nhờ đặc tính làm trong của mình, enzyme pectinase được ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng dịch quả tốt hơn (Nam Pro, 20/05/2013)
Enzyme pectinase là chất xúc tác sinh học là protein, có khả năng xúc tác cao với độ đặc hiệu cơ chất vượt trội Các enzyme này thường có cấu trúc phức tạp, đặc trưng bởi cấu trúc bậc IV để đảm bảo hiệu quả xúc tác tối ưu.
Trong cấu tạo bậc IV, nhờ vào tương tác hóa học giữa các thành phần mà chúng hình thành nên trung tâm hoạt động Enzyme polygalacturonase (pectinase) chứa 1 vùng 8
- 10 vòng xoắn kép về phía phải với 2 vòng sẽ tạo thành 1 khe liên kết với cơ chất.
The active site of this enzyme contains two amino acids: aspartate and lysine Additionally, a nearby histidine residue can influence the enzyme's catalytic efficiency, playing a crucial role in its overall function.
Image 9: Cấu trúc không gian Enzyme pectinase
Pectin is a heteropolysaccharide primarily composed of a main chain of α-D-galacturonic acid units linked via 1-O-glycosidic bonds, forming polygalacturonic or pectic acid Naturally, pectin is found as the methyl ester of pectic acid, known as methylated pectic acid As a soluble dietary fiber, pectin plays a crucial role in food processing and health, making it an essential component in the production of jams, jellies, and functional foods.
Trong thực tế, không phải tất cả các nhóm –COOH ở C6 của đường galactose đều bị methyl hóa để tạo thành ester metylic; nhiều trường hợp, một số nhóm –COOH undergo decarboxyl hóa, loại bỏ CO2 Ngoài ra, một số nhóm –COOH còn thay thế hydrogen bằng kim loại hoặc giữ nguyên dạng –COO, tùy thuộc vào quá trình biến đổi sinh học Người ta cũng cho rằng protopectin là hợp chất kết hợp giữa pectin, arabin, galactose và tinh bột, tạo thành thành phần quan trọng trong cấu trúc thực vật.
Trọng lượng phân tử từ 20.000 – 200.000 đvC.
Enzyme pectinase gồm 3 loại nhóm chính:
Các enzyme khử mạch polymer
Image 10: Sơ đồ phân loại enzyme pectinase
Pectinase enzymes, including pectinesterase and polygalacturonase, play a vital role in catalyzing the hydrolysis of pectin molecules into various products Pectinesterase (PE) specifically breaks down the ester bonds of pectic acid by hydrolyzing the methyl ester groups, resulting in the release of pectate and methanol These enzymes are crucial in processes such as fruit juice clarification and textile fiber processing, highlighting their importance in industrial applications.
Các pectate dễ kết lắng trong điều kiện có ion Ca2+, dẫn đến sự không ổn định của sản phẩm Rượu methanol là thành phần không mong muốn trong sản phẩm, ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn Enzyme PG (polygalacturonase) giúp thủy phân liên kết alpha-1,4-D-galacturonic trong pectin thành acid galacturonic có phân tử nhỏ, khó kết lắng, từ đó cải thiện độ ổn định của sản phẩm.
Enzyme Pectinesterase (PE)(EC.3.1.11.1), hay còn được gọi là với một số tên khác như pectinmetylesterase, pectinase, pectin methoxyl ase và pectol lipase, thuộc nhóm enzyme thủy phân.
Quy trinhd sản xuất rượu Whisky
Than Đốt cháy Đại mạ ch
Xong khói Loại bỏ kim loại Tàng trữ
Xử lí, làm bền, đóng
Phần cuối Phần không còn cồn
4.1 Thuyết minh quy trình sản xuất
4.1.1Sản xuất malt đại mạch.
Quá trình sản xuất malt bao gồm các bước: làm sạch, phân loại, ngâm ẩm, nảy mầm, sấy, xông khói và tách rễ.
Các giai đoạn của quy trình công nghệ sản xuất malt đại mạch và kỹ thuật thực hiện đã được mô tả chi tiết trong nhiều tài liệu chuyên ngành trong và ngoài nước, bao gồm giáo trình và tài liệu học tập dùng để giảng dạy tại các trường đại học Quá trình này bao gồm các biến đổi sinh lý và sinh hóa xảy ra trong hạt đại mạch, góp phần tạo ra nguyên liệu chất lượng cho sản xuất bia Việc hiểu rõ các bước công nghệ và đặc điểm sinh lý của hạt đại mạch là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất malt và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành công nghiệp bia.
Quá trình sấy giảm độ ẩm của malt xuống còn 3-4% nhằm đảm bảo độ bền vững khi bảo quản và khả năng hoạt hóa của các enzyme Quá trình sấy cũng tích tụ các chất thơm quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng của dịch cất và whisky thành phẩm Điều kiện sấy như tốc độ tăng nhiệt, thời gian và nhiệt độ tối đa đều ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần hóa học và đặc trưng của malt Malt có thể được sấy trong các thiết bị liên tục hoặc gián đoạn, phổ biến nhất là các máy sấy 2 tầng sử dụng không khí nóng trộn khói than bùn, giúp tạo ra mùi vị đặc trưng cho whisky Việc sử dụng khói than bùn trong quá trình sấy thúc đẩy sự phát triển các đặc tính độc đáo về mùi, vị và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Than bùn hình thành do sự tích tụ và phân huỷ không hoàn toàn của tàn dư thực vật trong điều kiện yếm khí liên tục, thường xảy ra tại các vùng trũng ngập nước có năng suất sinh học cao và điều kiện phát triển thực vật thuận lợi Mặc dù sinh khối của các loài cỏ sống trên mặt nước tăng nhanh, quá trình phân giải xác thực vật diễn ra chậm do lớp thổ nhưỡng luôn trong điều kiện yếm khí, dẫn đến tích luỹ hữu cơ mà không đạt tới giai đoạn vô cơ hoá Sau đó, các loài thực vật như lau, lách, cây bụi, cây thân gỗ tiếp tục thay thế, kết hợp với quá trình kiến tạo địa chất, bồi tụ, lắng đọng phù sa đã chôn vùi các lớp thực vật, hình thành than bùn qua quá trình tích tụ hữu cơ lâu dài.
4.1.2 Chế biến dịch đường và lên men.
Công đoạn sản xuất dịch đường và lên men bao gồm các bước nghiền malt, đường hóa, lọc bã, làm lạnh, làm trong, xông khói và lên men.
Quá trình sản xuất dịch đường cho whisky dựa trên sự thủy phân hợp chất cao phân tử nhờ enzyme trong malt, nhằm tạo ra dịch đường chất lượng cao Để đạt được điều này, cần thủy phân triệt để thành phần tinh bột, đồng thời giới hạn hòa tan protein và lipid để giảm ảnh hưởng không mong muốn đến thành phần của dịch cất và whisky thành phẩm Dịch đường lý tưởng phải chứa hàm lượng đường tối đa khả năng lên men, cùng với mức cao nhất các chất chứa nitơ có phân tử lượng trung bình và cao, đảm bảo quá trình lên men hiệu quả và chất lượng whisky tốt nhất.
Sau khi được làm lạnh xuống 16-20oC, dịch đường được lọc trong bằng máy lọc kieselgurg hoặc ly tâm.
Quá trình xông khói dịch đường trong công nghệ sản xuất whisky nhằm giảm chi phí cho việc xông khói malt, giúp tạo ra hương vị đặc trưng cho sản phẩm Dịch đường sau xông khói được phối trộn với nấm men đã tuyển chọn và nhân giống đến đủ lượng, với hàm lượng đường lên men từ 12-14% và nhiệt độ từ 24-28°C, quá trình lên men diễn ra trong 3-4 ngày Trong quá trình lên men, các hợp chất như rượu béo, ester, aldehyd, và axit hữu cơ bay hơi tập trung tạo thành nền mùi đặc trưng của dịch lên men, dịch cất và whisky Các thành phần này đóng vai trò quan trọng định hình mùi vị và đặc trưng của whisky thành phẩm.
Chưng cất nhằm nâng cao nồng độ cồn và các chất bay hơi quý báu đến nồng độ mong muốn trong dịch cất.
Dịch lên men là một quy trình phức tạp với hơn 250 thành phần, trong đó có cồn và các cấu tử khác Quá trình chuyển dịch các chất bay hơi từ dịch lên men sang dịch cất phụ thuộc vào phương pháp thực hiện, thiết bị, hệ số bay hơi, và quá trình tinh chế Nhiệt độ trong quá trình chưng cất thúc đẩy sự tương tác giữa các cấu tử, tạo thành các thành phần bay hơi mới, góp phần nâng cao đặc trưng của sản phẩm.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Chưng cất lần 1 :Qua lần đầu cồn được tách khỏi dịch để tạo thành dịch cất thô với hàm lượng cồn 20-22%V.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
4.1.4 Ủ, hoàn thiện sản phẩm. Ủ: Dịch cất dùng để đưa vào công đoạn ủ trong sản xuất whisky là chất lỏng không màu với những đặc trưng phân tích gần giống với dịch cất của cô-nhắc và chứa nhiều loại vật chất khác như rượu bậc cao, ester, aldehyd, axit béo và phenol bay hơi Thành phần hóa học và hàm lượng của các vật chất này có ý nghĩa quan trọng đến sự hình thành mùi, vị của sản phẩm whisky thành phẩm cuối cùng.
Thành phẩm :Để tạo thành whisky, dịch cất phải trải qua quá trình ủ với vật liệu gỗ sồi.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
4.2 Ứng dụng các enzyme sử dụng trong rượu Whisky
Amylase là enzyme quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, y học và lĩnh vực thực phẩm, thuộc nhóm enzyme thủy phân có khả năng xúc tác phân giải liên kết glycoside trong polysaccharides Enzyme này thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin mạch dài thành các sản phẩm trung gian như glucose, maltose và dextrin mạch ngắn Nhờ khả năng phân giải hiệu quả, amylase đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tiêu hóa, sản xuất thực phẩm và các ứng dụng công nghiệp khác.
Dựa vào đặc tính và cơ chế tác dụng lên phân tử tinh bột của enzyme amylase, người ta phân biệt chia enzyme amylase thành hai nhóm:
- Endoamylase (enzyme nội phân): gồm α-amylase và nhóm enzyme khử mạch nhánh
- Exoamylase (enzyme ngoại phân): gồm có β-amylase, γ-amylase (glucoamylase).
Enzyme α-amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường dao động từ 50.000 đến 60.000 Dal, với một số trường hợp đặc biệt như α-amylase từ vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal Các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch amino acid và vùng kị nước cho thấy tất cả các enzyme α-amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau, phản ánh tính nhất quán trong cấu trúc phân tử của enzyme này.
Tính chất hoạt động của α-amylase từ các nguồn khác nhau có sự khác biệt rõ rệt pH tối ưu để enzyme hoạt động tốt là từ 4.0 đến 4.8 đối với α-amylase của nấm sợi, có thể hoạt động trong phạm vi pH từ 4.5 đến 5.8 Theo dữ liệu của Liphis, pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế phẩm amylase từ Aspergillus oryzae nằm trong khoảng 5.6 đến 6.2, trong khi Fenixova cho rằng pH tối ưu cho dextrin hóa là từ 6.0 đến 7.0 Độ bền của α-amylase với tác dụng của axit cũng khác nhau; enzyme của Aspergillus oryzae có độ bền vững cao hơn so với enzyme của mầm lúa mạch và Bacillus subtilis Ở pH 3.6 và nhiệt độ 0°C, α-amylase của mầm lúa mạch bị mất hoạt hoàn toàn sau 15-30 phút, còn enzyme vi khuẩn chỉ bị bất hoạt 50%, trong khi enzyme của nấm sợi ít bị ảnh hưởng Trong dung dịch, α-amylase của nấm sợi bảo quản tốt trong phạm vi pH 5.0-5.5, còn α-amylase dextrin hóa của nấm sợi đen có thể chịu được pH từ 2.5 đến 2.8, chỉ bị bất hoạt hoàn toàn sau 1 giờ ở 0°C và pH 2.5.
Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động xúc tác của a-amylase khác nhau tùy nguồn, trong đó, α-amylase từ nấm sợi rất nhạy cảm với nhiệt Nhiệt độ thích hợp nhất để enzyme hoạt động hiệu quả là 50°C, còn ở 70°C enzyme bị vô hoạt hoàn toàn.
Trong dung dịch đệm pH = 4.7, α-amylase của Aspergillus oryzae rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, gây giảm hoạt lực dextrin hóa còn 22-29% sau 3 giờ ở 40°C Ngoài ra, hoạt lực đường hóa của enzyme này còn duy trì từ 27-85% trong cùng điều kiện Khi nhiệt độ tăng lên 50°C trong 2 giờ, α-amylase của nấm sợi này bị vô hoạt hoàn toàn, cho thấy khả năng chịu nhiệt hạn chế của enzyme trong quá trình xử lý nhiệt.