BÀI tập CUỐI kỳ học PHẦN hóa SINH học THỰC PHẨM tên đề tài ỨNG DỤNG ENZYME TRONG sản XUẤT BIA

ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzym amylase có trong mầm đại mạch để thủy phân tinh bột có trong mầm đại mạch.. Lợi dụ

BÀI TẬP CUỐI KỲ HỌC PHẦN HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA

SVTH: NHÓM 1

TP HỒ CHÍ MINH, 2022 TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

BÀI TẬP CUỐI KỲ HỌC PHẦN HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA

SVTH: NHÓM 1

TP HỒ CHÍ MINH, 2022 TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em cam kết bài tập cuối kỳ học phần Hóa sinh học thực phẩm này là do chúng

em thực hiện Các nội dung trong bài tập là trung thực, không sao chép Các nội dung kham khảo được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 1 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Thông Hưng Long Nguyễn Thanh Tiến

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1

Sơ lược về bia: 2 1.2

Các nguyên liệu chính trong chế biến bia 2 1.3

Sơ đồ qui trình chế biến bia 2 II

ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 4 2.1

Enzym VSV trong sản xuất bia 5 2.2

Ứng dụng enzym trong sản xuất bia 5 2.3

Sử dụng enzym trong quá trình đường hóa 6 2.4

Ổn định khả năng lên men 6 2.5

Sử dụng enzym để làm bền vững chất lượng bia và làm trong bia 7 III

ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT CỒN 8 3.1

Chuyển hóa tinh bột 8 3.2

Vai trò các loại enzyme có trong chế phẩm enzyme được ứng dụng trong sản xuất cồn 9 3.3

Những yêu cầu đối với chế phẩm enzyme 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1.1 hình dạng tế bào tinh bột Hình 3.1.2 sơ đồ chuyển hóa tinh bột Hình 3.1.3 bồn chứa hỗn hợp sau khi đường hóa Hình 3.2.1 enzyme amylase chuyển hóa tinh bột Hình 3.2.2 enzyme Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase Hình 3.2.3 enzyme Glucoamylase

GIỚI THIỆU CHUNG

Sơ lược về bia:

Bia là loại đồ uống có độ rượu nhẹ và có tính giải khát cao Ngày nay bia được dùng rộng rãi trên khắp đất nước cho nên công nghệ sản xuất bia ngày càng được ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp Thành phần của bia gồm có:

 80-90% H2O

 1,5-7% độ cồn

 3-10% chất tan

 0,3-0,5% CO2

Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, gạo, malt đại mạch, hoa houblon, sau quá trình lên men sẽ cho ra một loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, đồ cồn thấp, vị đắng dịu và lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 phù hợp Ngoài ra, trong bia còn chứa một hệ enzym khá phong phú đó là enzym amylase dùng để kích thích hệ tiêu hoá

Các nguyên liệu chính trong chế biến bia

a Malt đại mạch:

- Tên khoa học là humuluss pululus

- Là một hạt ngũ cốc gọi là lúa mạch (chiếm 70%)

- Malt đại mạch dạng hạt sau khi xay được hoà tan với nước ở 37oC và cho vào nồi malt Đối với việc hoà tan malt khác với hoà tan gạo vì malt dễ bị hiện tượng đóng cục hơn do đó malt được khuấy trộn dưới dạng phun nước trước khi cho vào nồi phun

- Malt còn được dùng để tạo màu cho bia, với malt bình thường không đủ độ màu vì thế người ta thêm malt ‘đen’ để tăng độ màu

b Hoa houblon:

- Là một loại dây leo, thích hợp với khí hậu ôn đới, được trồng nhiều ở Anh, Mỹ

- Là nguyên liệu không thể thiếu trong bia Mùi thơm có được của bia một phần

là do tinh dầu có trong hoa houblon Trong hoa houblon có chất đắng ta có thể gặp hầu hết khi uống bia, đồng thời pectin trong hoa có vai trò giữ bọt, tăng độ bền sinh học cho bia và ức chế sự phát triển của vi khuẩn

c Gạo:

- Chỉ là nguyên liệu phụ chiếm 30%, nguyên liệu dùng để thay thế để giảm giá thành sản phẩm

Sơ đồ qui trình chế biến bia

I.

ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzym amylase có trong mầm đại mạch để thủy phân tinh bột có trong mầm đại mạch Ngoài ra, người ta còn

sử dụng các enzym khác có trong mầm đại mạch để thủy phân và chuyển hóa các chất không tan sang trạng thái tan như chuyển protein, cellulose,… sang amino acid và glucose Các quá trình công nghệ này đã được thực hiện hàng ngàn năm nay ở nhiều nước trên thế giới So với các loại enzym amylase từ các nguồn khác , amylase từ thóc đại mạch đã nảy mẩm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện nay

Quá trình hạt đại mạch nảy mầm là quá trình sinh tổng hợp enzym amylase và nhiều enzym khác Nhờ sự tổng hợp ra những enzym này mà hạt tiến hành quá trình

tự thủy phân tinh bột, protein và các hợp chất khác để cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho hạt nảy mầm Đây là quá trình sinh lý bình thường của quá trình nảy mầm của hạt quá trình nảy mầm là quá trình trao đổi chất và là quá trình sinh lý hạt chuyển

từ trạng thái năng lượng dự trữ sang trạng thái năng lượng phát triển

Lợi dụng quy luật sinh lý bình thường này của hạt, loài người đã biết can thiệp rất khoa học để quá trình để quá trình trên được tiến hành nhanh hơn, mạnh hơn và biết ngưng ở giai đoạn nhất dịnh, phục vụ cho mục đích của mình trong việc tạo ra sản phẩm là bia chứ không phải là cây lúa mạch như trong sản xuất nông nghiệp

Tuy nhiên, xét về mặt kỹ thuật thấy có một số thiếu sót cơ bản

+Thứ nhất : trong kỹ thuật nảy mầm, các chất khô có trong hạt sẽ bị tiêu hao Lượng chất khô bị tiêu hao trong quá trình này khoảng 12% so với tổng lượng chất khô có trong hạt sự tiêu hao này là điều khó tránh khỏi trong bất kì quá trình nảy mầm nào của hạt nếu so với tổng lượng thóc đại mạch được sử dụng để sản xuất bia của những nhà máy bia trên thế giới thì lượng chất khô bị tiêu hao trong quá trình nảy mầm sẽ rất lớn

+Thứ hai : quá trình nảy mầm của hạt là quá trình đòi hỏi thời gian cho sinh tổng hợp các loại enzym và quá trình chuyển hóa vật chất quá trình này thường kéo dài khoảng 10-11 ngày Thời gian chi phí cho giai đoạn này không nhỏ nếu đem so sánh với toàn

bộ quá trình sản xuất bia

+Thứ ba : do sản phẩm malt nên cần phải có một phân xưởng sản xuất malt trong nhà máy bia Do đó, đòi hỏi không chỉ mặt bằng sản xuất, máy móc, thiết bị cho sản xuất

mà còn đòi hỏi lao động tiêu hao lao động cho sản xuất malt thường chiếm 1/3 tổng tiêu hao lao động chung của nhà máy bia

Chính vì thế trong thời gian từ những năm 60 của thế kỷ trước đến nay, người ta đã tìm những nguồn enzym khác thay thế cho malt nhằm làm giảm bớt những nhược điểm đã trình bày trên

Những enzym được sử dụng trong sản xuất bia thay thế malt phải bảo đảm những yêu cầu sau:

 Enzym thay thế malt cần phải phù hợp với enzym của malt về đặc tính tác dụng

và phải có hoạt tính mạnh hơn enzym có trong malt Các enzym có trong malt bao gồm :

- Các enzym thủy phân tinh bột thành đường đây là nhóm enzym quan trọng nhất, đóng vai trò quyết định chất lượng bia qua quá trình đường hóa, quá trình lên men

- Các enzym protease tham gia thủy phân protein

- Các enzym tham gia thủy phân cellulose, hemi-cellulose.

 Enzym thay thế malt phải bảo đảm cho việc lọc, lên men dịch đường, làm trong bia, cũng như tạo ra những đặc tính bia phù hợp như tạo bọt, độ trong và tính

ổn định trong bảo quản

Sử dụng enzym từ VSV là hướng nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước hướng nghiên cứu và ứng dụng này đã đạt được rất nhiều kết quả Sau một thời gian dài, các ứng dụng này cho thấy những ưu điểm quan trọng sau :

- Thay thế được 30-50% malt trong sản xuất bia Khả năng thay thế malt bằng chế phẩm enzym từ VSV có ý nghĩa rất lớn không chỉ mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa rất lớn về kinh tế, đặc biệt là đối với các nước không sản xuất được thóc đại mạch, giảm ngoại tệ để nhập malt

- Hạ giá thành sản phẩm bia

- Giảm giá đáng kể vốn đầu tư xây dựng

Khi tiến hành đường hóa để tạo thành nước mu trong sản xuất bia bằng enzym amylase của malt , người ta được nước mu có thành phần đường như bảng 7.23

Số lượng các loại đường trong bảng 7.23 cho thấy đường lên men trực tiếp (glucose) thường chiếm số lượng không nhiều nếu không cho thêm các loại enzym từ bên ngoài vào thì rất khó nâng cao được mức độ lên men Do đó trong sản xuất bia , người ta thường cho enzym có nguồn gốc từ VSV và từ thực vật

Các loại enzym 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 enzym từ nguồn VSV được sử dụng trong sản xuất bia như sau:

- Các chế phẩm enzym từ VSV thường có hoạt tính xúc tác rất mạnh và chứa khá đầy đủ các loại enzym cần thiết cho sự chuyển hóa tinh bột thành các loại đường đặc biệt là tạo ra các loại đường có khả năng lên men với số lượng lớn

- Các chế phẩm enzym từ VSV thường có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao Điều này rất thuận lợi cho việc vận hành quá trình dịch hóa và đường hóa

Ngày nay, nhiều nước trên thế giới sử dụng enzym có nguồn từ VSV để sản xuất bia có thay thế 30-40% nguyên liệu không phải từ malt và để nâng cao, ổn định chất lượng bia

Công nghệ sản xuất bia là dạng công nghệ rất phức tạp, qua nhiều công đoạn sản xuất khác nhau Việc ứng dụng enzym từ nguồn VSV vào sản xuất bia không phải là nhằm mục đích thay thế hoàn toàn amylase có trong malt mà chỉ ứng dụng vào từng

công đoạn nhất định để hoàn thiện hơn quá trình sản xuất các nước trên thế giới thường ứng dụng enzym trong các công đoạn sản xuất bia sau :

- Dịch hóa

- Đường hóa

- Giai đoạn lên men

- Giai đoạn làm trong bia và ổn định chất lượng bia

Sử dụng enzym trong quá trình dịch hóa : dịch hóa là quá trình thủy phân sơ bộ tinh bột và protein trong khối bột ở nhiệt độ cao ở giai đoạn này người ta thường sử dụng enzym amylase và protease của vi khuẩn các loại enzym thu nhận từ vi khuẩn thường có hoạt tính cao và khả năng chịu nhiệt rất tốt nhiệt độ cao thường làm biến tính enzym có trong malt Do đó, việc bổ sung enzym có khả năng chịu nhiệt từ nguồn

vi khuẩn là điều hết sức cần thiết

Khi người ta cho nguyên liệu thay thế (bột bắp hay bột gạo) vào trong hỗn hợp, các loại nguyên liệu này không được thủy phân, dễ dàng tạo ra độ nhớt cao, ảnh hưởng nhiều đến quá trình đường hóa và lên men sau này Nếu ta cho thêm enzym chịu nhiệt từ nguồn VSV thì độ nhớt các nguyên liệu trên sẽ giảm, sẽ làm tăng quá trình đường hóa và lên men sau này

Các thí nghiệm dùng 10% malt trong dịch hóa bột bắp và sử dụng enzym từ vi khuẩn cho thấy độ nhớt trong dung dịch bột khi sử dụng enzym từ vii khuẩn giảm nhiều hơn dùng malt

Hiện tượng độ nhớt giảm cũng thấy ở bột gạo khi dịch hóa có sử dung enzym từ vi khuẩn

Đường hóa là công đoạn sản xuất bia rất quan trọng, trong dó 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 enzym với số lượng lớn trong giai đoạn này Các enzym cho vào trong giai đoạn này là những enzym vi khuẩn chịu nhiệt

Trong nước mu, sau khi đường hóa có chứa 90% là các chất carbohydrat, trong số này có đến 75% đường có khả năng lên men Phần còn lại 25% là các loại dextrin mạch thẳng và mạch nhánh

Trong các trường hợp, lượng đường tạo thành không đạt mức độ trên do nhiều nguyên nhân Trong đó nguyên nhân chính là chất lượng malt kém Có ba cách để làm tăng lượng đường trong nước mu :

- Kéo dài thời gian đường hóa

- Sử dụng thêm đường

- Sử dụng enzym để đường hóa hết lượng tinh bột Trước đây người ta thường áp dụng hai cách trên Sau này, việc sử dụng enzym thường được sử dụng hơn

Khi thêm các chế phẩm enzym vào trong dịch đường hóa sẽ làm tăng độ lên men biểu kiến của dịch đường hóa

Khi sử dụng enzym , chúng ta có khả năng sản xuất bia không có các dextrin dư thừa và do chứa ít calori hơn ( ít năng lượng hơn) loại bia thông thường mức giảm này có thể đạt tới 25%

Các enzym sau khi tham gia vào các quá trình đường hóa sẽ còn sót lại và lẫn vào trong dịch lên men Về nguyên tắc, hoạt tính còn sót lại này không ảnh hưởng gì đến chất lượng bia, mà ngược lại chất lượng biia sau này thường tốt hơn

Ở Nga, người ta đã sử dụng rất hiệu quả trong sản xuất bia Các chế phẩm enzym được sử dụng nhiều trong sản xuất bia là Cytorozemin.Px, Amylorizin, Px1 Bằng cách sử dụng các chế phẩm enzym này , các nhà máy bia ở nước Nga có thể tiết kiệm được 50% số lượng malt cần thiết trong sản xuất bia Mặt khác, chất lượng dịch đường hóa được tăng lên, các chất thải bỏ theo bã sẽ ít đi

Hiệu quả đường hóa khi sử dụng các chế phẩm enzym sẽ thấy ngay sau 20-25 phút Việc tăng thêm lượng enzym vào không chỉ làm tăng lượng đường hay mức độ trích ly những chất hòa tan mà còn tăng khả năng lọc và lên men sau này

Độ bền của bia khi bảo quản là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng trong sản xuất bia

Để làm ổn định chất lượng bia, người ta thường sử dụng các chế phẩm protease Nhiều nghiên cứu cho thấy pepsin, ficin, chế phẩm protease nấm sợi và papain đều có tác dụng rất tốt trong quá trình ổn định chất lượng bia Trong đó papain được ứng dụng nhiều hơn cả khi tiến hành lên men phụ, người ta thường cho papain vào Kết quả của những tác động của papain, dịch bia trở nên trong hơn và quá trình bảo quản bia, chất lượng bia không thay đổi

ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT CỒN

Tinh bột có màng tế bào bảo vệ nên enzyme amylaza không thể tác động trực tiếp được Khi nghiền nguyên liệu, chỉ một phần rất ít tế bào tinh bột bị phá vỡ Ở nhiệt độ môi trường tinh bột không hòa tan trong nước, đường hóa,enzyme amylaza tác dụng rất chậm

Hình 3.1.1 hình dạng tế bào tinh bột Sau đó quá trình hồ hóa tiếp tục phá vỡ tế bào tinh bột, biến tinh bột ở trạng thái không hòa tan trong nước thành trạng thái hoà tan, giúp cho quá trình đường hóa thuận lợi hơn Chuyển hóa tinh bột hòa tan thành đường có thể lên men được

Hình 3.1.2 sơ đồ chuyển hóa tinh bột Đường hoá xong dịch đường được làm lạnh đến 28 đến 32 độ C và được đưa vào thùng lên men( thùng ủ) cùng với 10% men giống ở đây nấm men sẽ phát triển và dưới tác dụng của nấm men,đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng nhiều sản phẩm trung gian khác.Đồng thời dưới tác dụng của amylaza,dextrin tiếp tục biến thành đường và lên men được glucoza và maltoza Sau khi lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu, nước và bã

Hình 3.1.3 bồn chứa hỗn hợp sau khi đường hóa Tiếp tục đem hỗn hợp đi chưng cất để tách rượu và các hợp chất dễ bay hơi ra khỏi hỗn hợp trên Sau đó ta thu được rượu thô và cồn thô

sản xuất cồn

Enzyme amylase ở vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt, tác dụng cao với tinh bột và

có thể giữ được hoạt lực ngay cả khi đun sôi trong nước một thời gian ngắn

Hình 3.2.1 enzyme amylase chuyển hóa tinh bột Enzyme amylase của nấm mốc có khả năng dextrin hóa cao ( dịch hóa ) lại vừa tạo ra một lượng lớn glucose và maltose

Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase ( hay maltase ) có tác dụng thủy phân đường

quá trình lên men cuối chuyển đường thành rượu etylic nhằm nâng cao hiệu suất lên men

Hình 3.2.2 enzyme Oligodextrin-1,6- glucanhydrolase Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin…thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại amylase khác, thủy phân tinh bột thành đường có thể lên men

Hình 3.2.3 enzyme Glucoamylase Transglucosidase thường tồn tại song song với glucoamylase ( trong chế phẩm nấm

mốc Asp ) , nó có hoạt tính thủy phân và hoạt tính vận chuyển nhóm, nó không chỉ thủy phân maltose thành glucose mà còn tổng hợp nên isomaltose , isotriose và panose Sự có mặt của enzyme này trong các chế phẩm enzyme dùng để biến hình tinh bột là một điều không mong muốn , từ đó làm giảm hiệu suất và gây vị đắng

Do là sản phẩm malt nên cần có phân xưởng chuyên sản xuất malt nên: