Thực hành thủy phân tinh bột trong sản xuất bia

Đây là nhiệt độ thích hợp cho hệ enzyme proteaza hoạt động thực hiện quá trình đạm hóa nhằm phân hủy protein thành các acid amin cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men hoạt động sau này..

SẢN XUẤT BIA

Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ

uống có độ cồn thấp, thu nhận bằng cách lên

men rượu ở nhiệt độ thấp Bia có tính cảm quan

rất hấp dẫn con người: hương thơm đ ặc trưng,

có vị đắng dịu, lớp bột trắng mịn, hàm lượng

CO2 khá cao giúp con người giải khát khi uố ng

Ngoài ra, bia là thứ đồ uống có độ dinh dưỡng

và tiêu hoá cao Vì bia có độ rượu nhẹ và có tính

giải khát cao được nhiều người ưa chuộng

Thành phần của bia gồm có: 80-90% nước, 1,5-7% cồn, 3-10% chất hòa tan, 0,3- 0,4% CO2 Chất hòa tan chủ yếu là hydratcacbon, các protein và sản phẩm thủy phân của nó, các chất khoáng, một số acid hữu cơ, các acid amin, các chất đắng và

thơm của hoa houblon

Bài 1: THỦY PHÂN TINH BỘT

1 Giới thiệu

1.1 Malt đại mạch

Malt đại mạch là sản phẩm được chế

biến từ hạt đại mạch, được cho nảy

mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ

ẩm nhất định với những điều kiện bắt

buộc

Malt đại mạch chứa nhiều chất dinh

dưỡng: 16 – 18 %, các chất thấp phân tử

dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn giản,

dextrin bậc thấp, các acid amin, chất khoáng, các vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú, chủ yếu là proteaza và amylaza

Trong s ản xuất bia, malt đại mạch vừa là nguyên liệu chính dùng để nấu bia vừa

là tác nhân đường hóa (nhờ hệ enzyme có trong malt)

Yêu cầu của malt đại mạch trong sản xuất bia:

- Về cảm quan:

+ Màu sắc: malt có màu vàng sáng đều, vỏ óng ánh

+ Mùi vị: mùi thơm, vị ngọt dịu, không có mùi ủng, chua, mốc

+ Kích thước hình dáng: đồng đều

+ Độ sạch: không lẫn tạp chất, tỷ lệ hạt gãy, hạt vỡ tối đa là 0,5%, hạt bị bệnh tối đa là 1%, hạt không nảy mầm tối đa là 5%

- Tính chất vật lý:

+ Dung trọng: 500 ÷ 580g/l

+ Trọng lượng tuyệt đối: 28 ÷ 38g/1000 hạt

+ Kích thước hạt: chiều rộng > 2,5mm

+ Chiều dài mầm: từ 2/3 ÷ 3 /4 chiều dài hạt

- Thành phần hóa học

+ Độ ẩm: ≤ 5%

+ Chất hòa tan: 65 ÷ 82 %

1.2 Phương pháp thủy phân

Có hai phương pháp dùng để thủy phân malt bia :

các mức theo yêu cầu công nghệ (50 - 520C, 60 - 650C, 70 - 750C) trong thời gian thích hợp, sau đó có thể nâng nhiệt độ của toàn khối nấu lên 780C và chuyển sang thiết bị lọc

- Ưu điểm: thời gian nấu ngắn nên ít tốn năng lượng

- Nhược điểm: khối nấu không được đun sôi nên đường hóa có thể không triệt

để

sau đó trộn lẫn với phần chưa đun sôi nhằm mục đích nâng và giữ nhiệt độ của khối

nấu qua các mức theo yêu cầu công nghệ Có thể tiến hành đun sôi một lần, hai lần hay ba lần

- Ưu điểm: phá vỡ triệt để cấu trúc tế bào tinh bột nên tăng hiệu suất của quá trình thủy phân

- Nhược điểm: thời gian nấu kéo dài, tốn nhiều năng lượng, dưới tác dụng của nhiệt độ cao có thể xảy ra một số phản ứng phụ không cần thiết

Trong bài này ta sử dụng phương pháp ngâm chiết vì ưu điểm của phương pháp này

là: thời gian nấu ngắn, ít tốn năng lượng => phù hợp với điều kiện thực hành

2 Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị

A Hóa chất

STT Tên hóa chất Quy cách Đơn vị tính Số lượng Ghi chú

B Dụng cụ

STT Tên dụng cụ Quy cách Đơn vị tính Số lượng Ghi chú

6 Ống đong nhựa 1000ml cái 2 Dùng chung

C Thiết bị

STT Tên thiết bị Quy cách Đơn vị tính Số lượng Ghi chú

được nhiệt độ

3 Thực hành

Bước 1: Nghiền malt

 Mục đích: tăng diện tích tiếp xúc với nước, giúp nước xâm nhập nhanh hơn vào nội nhũ, thúc đẩy quá trình đường hóa và quá trình thủy phân khác nhanh, triệt

để hơn

 Yêu cầu:

- Vỏ malt không bị nát nhằm hạn chế thay đổi vị và màu của dịch bia cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc sau này

- Matl có kích thước nhỏ vừa phải, không nên quá mịn sẽ gây cản trở cho quá trình lọc

Bước 2: Thủy phân nguyên liệu

Nấu malt

 Mục đích: phân cắt amyloza, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dễ hòa tan vào nước trở thành chất hòa tan của dịch đường

 Cách tiến hành

- Cân 600g malt đại mạch đã được xay nhỏ

- Thêm 3 lít nước (với tỉ lệ malt : nước là 1:5)

- Đun trên bếp tới nhiệt độ 520C, giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút Đây là nhiệt độ thích hợp cho hệ enzyme proteaza hoạt động thực hiện quá trình đạm hóa nhằm phân hủy protein thành các acid amin cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men hoạt động sau này

- Tiếp tục nâng lên nhiệt độ 620C giữ trong 60 phút nhằm tạo điều kiện cho enzyme β-amylaza hoạt động thủy phân tinh bột thành đường cho nấm men sử dụng vào hoạt động sống của chúng sau này

- Nâng nhiệt độ lên 720C, đun ở nhiệt độ này khoảng 20 phút Đây là nhiệt độ cho enzyme α-amylaza hoạt động thủy phân tinh bột trong malt thành đường

- Lấy mẫu trong nồi đem thử iode, nếu thấy dịch đường không đổi màu thì kết thúc quá trình nấu, nếu dịch đường có màu xanh có nghĩa là tinh bột chưa được thủy phân hoàn toàn => tiếp tục nấu cho đến khi dịch đường không đổi màu

 Các yếu tố ảnh hưởng

- Nồng độ enzyme: Cường độ hoạt động của quá trình enzym khác nhau phụ thuộc nhiều vào khối lượng của enzym hoạt tính và các điều kiện xảy ra phản ứng

Ta có thể tạo 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 thủy phân đến cùng hay thủy phân cục

bộ của các chất riệng biệt Qua đó có thể điều chỉnh được tương quan tỉ lệ giữa các pha sản phẩm tạo thành

- Nhiệt độ: yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng tiến triển của các quá trình enzym Mỗi một enzym đều có nhiệt độ tối ưu riêng, nghĩa là tại đó nó sẽ xúc tác phản ứng với cường độ mạnh nhất

- Độ pH: ảnh hưởng rõ rệt đến động học quá trình thủy phân và đường hóa Mỗi một enzyme có một độ pH tối ưu riêng: hoạt lực tối đa của α - Amylaza xuất hiện ở pH = 5,7 còn β – Amylaza ở gần 4,8

- Thời gian: ứng với một mốc nhiệt độ là một kho ảng thời gian nhất định và khi đạt đến nhiệt độ tối ưu, ta cần phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian để enzyme thực hiện quá trình xúc tác thủy phân

 Yêu cầu công đoạn

- Phải điều chỉnh nhiệt độ, thời gian phù hợp để hiệu suất quá trình thủy phân lớn nhất

- Phải khuấy liên tục để tăng hoạt động của enzyme và giữ nhiệt độ của khối dịch được đồng đều

- Kết thúc quá trình, tinh bột phải được thủy phân hoàn toàn

Lọc

 Mục đích: Tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ, còn pha rắn - phế liệu phải loại bỏ ra ngoài

 Cách tiến hành

- Lọc thô: lọc bằng rây để tách bã lớn nhằm

giúp cho quá trình lọc trong sau này nhanh hơn,

dịch lọc thu được ở giai đoạn này vẫn còn đục

- Lọc trong: lọc lại dịch lọc bằng vải lọc có

kích thước lỗ lọc nhỏ hơn rây, trên vải lọc bỏ thêm

một ít bã vừa thu được ở quá trình lọc thô để trợ lọc

giúp cho dịch lọc trong hơn

- Đo độ Brix của dịch thủy phân

- Đem bảo quản lạnh ở nhệt độ 40C

 Yếu tố ảnh hưởng

- Vỏ malt: vỏ malt càng lớn thì lọc càng nhanh và dịch lọc càng trong

- Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì lọc càng nhanh

- Vải lọc: kích thước lỗ càng nhỏ thì dịch lọc càng trong nhưng thời gian lọc lâu Còn kích thước lỗ to thì lọc nhanh nhưng dịch lọc lại đục, vì vậy phải chọn loại vải thích hợp để lọc

 Yêu cầu công đoạn:

- Dịch lọc phải trong, có màu sắc đặc trưng của bia

- Dịch lọc phải có độ Brix trên 15 độ và thể tích tối thiểu phải từ 2,5 lít trở lên Bước 3: Xác định hiệu suất thủy phân

- Độ Brix dịch đường đo được là: 15 Brix

- Thể tích dịch đường thu được: 2,4l

E = 0.96.𝑉. 𝑑

𝐺 % = 0.96 ×2,4 × 15 ×1

0.6 = 57.6 (%)

Trong đó:

- V: thể tích của dịch đường nóng sau khi thủy phân, lít

- : nồng độ của dịch đường, %

- d: khối lượng riêng của dịch đường, kg/lít

- G: khối lượng nguyên liệu dùng để nấu bia, kg

- 0,96: hệ số hiệu chỉnh cho việc giảm thể tích của dịch đường do làm nguội

 Hiệu suất thủy phân malt được là 57.6%, hiệu suất này không được cao do các nguyên nhân sau:

- Do thời gian không đủ cho quá trình thủy phân

- Do quá trình lọc không triệt để nên mất một phần dịch lọc

4 Trả lời câu hỏi

1 Trình bày các phương pháp thủy phân được sử dụng trong công nghệ sản xuất bia?

- Phương pháp ngâm chiết :

Đây là phương pháp cổ điển, là phương pháp đơn giản, không cần sự đầu tư lớn tronng phân xưởng nấu

Người ta hòa tan bột với nước ở một nhiệt độ xác định, sau đó tăng hoặc giảm bằng cách thêm nước nóng hoặc nước lạnh

- Phương pháp đun sôi từng phần :

Phương pháp này có đặc điểm : tạo ra những bước nhảy nhiệt độ, tránh dừng ở các nhiệt độ trung gian; đun sôi một phần dịch đường làm tăng năng suất sử dụng nguyên liệu và cho phép loại bỏ kết tủa phức protein-tanin do đông tụ; phương pháp này rất linh hoạt và dễ điều chỉnh

2 Ý nghĩa của thông số nhiệt độ, thời gian trong khi thủy phân?

Thông số nhiệt độ:

Nhiệt độ thủy phân là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng tiến triển của các quá trình enzym Mỗi một enzym đều có nhiệt độ tối ưu riêng, nghĩa là tại đó nó

sẽ xúc tác phản ứng với cường độ mạnh nhất Nếu tăng nhiệt độ thủy phân tinh bột lên đến một nhiệt độ nhất định thì tốc độ đường hóa tăng nhanh Nhưng nếu tiếp tục tăng quá giới hạn thì các enzym bị giảm hoạt lực, quá trình đường hóa giảm lại hoặc dừng hẳn

Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của α- Amylaza trong quá trình đường hóa là 70 – 750C, ở nhiệt độ này ưu thế cho sự tạo thành dextrin Nhiệt độ giới hạn cho ho ạt động của α- Amylaza của malt đại mạch là 780C, ở nhiệt độ cao hơn enzym sẽ bị mất hoạt lực

Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của β – Amylaza là 60 – 630C, ưu thế cho sự tạo thành maltoza

Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của Amylophosphataza là 700C

Thông số thời gian:

Trong quá trình thủy phân, ứng với một mốc nhiệt độ là một khoảng thời gian nhất định và khi đ ạt đến nhiệt độ tối ưu rồi, ta cần phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian để enzym thực hiện quá trình xúc tác thủy phân, có như vậy quá trình phân cắt các hợp chất cao phân tử mới triệt để, hiệu suất thu hồi chất lượng cao

Thời gian đường hóa có hiệu quả nhất là trong hai giờ, vượt quá giới hạn này, s ự tích lũy sản phẩm có tăng nhưng không đáng kể

Như vậy, ta có thể sử dụng nhiệt độ và thời gian để điều chỉnh quá trình thủy phân,

tỷ lệ các thành phần trong s ản phẩm đường hóa Muốn thu hồi nước nha có chất lượng cao thì nhiệt độ và thời gian trong quá trình đường hóa phải được kiểm soát theo đúng quy trình quy định

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 PGS,TS Hoàng Đình Hòa.Công nghệ sản xuất Malt và Bia, NXB Khoa học

và Kỹ thuật , Hà Nội

2 Phan Vĩnh Hưng, Phan Thị Hồng Liên, Đỗ Vĩnh Long, Nguyễn Thị Phượng, Thực hành công nghệ sản xuất rượu bia, nước giải khát, trường ĐHCNTP