Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia

Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia, Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia, Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia, Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia Ứng dụng enzyme trong công nghệ sản xuất bia

Trường Đại Học Nông lâm

Khoa Công Nghệ Thực Phẩm

Lớp: DH06VT

BÀI BÁO CÁO HÓA SINH-ENZYM

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ENZYM TRONG CHẾ BIẾN BIA

Nhóm thuyết trình:

1 Bùi Thị Thanh Hảo

2 Lưu Trần Kiến Quốc

3 Ngô Thị Hoài Nữ

4 Nguyễn Thị Thanh Thuyền

5 Nguyễn Xuân Tiến

6 Phùng Đắc Tín

7 Trương Minh Tuấn

MỤC LỤC:

1 Sơ lược về bia

2 Các nguyên liệu chính trong chế biến bia:

a) Malt

b) Hoa houblon

c) Gạo

3 Sơ đồ qui trình chế biến bia

4 Các công đoạn chính:

a) Nghiền malt

b) Nấu nguyên liệu

c) Houblon hóa

d) Lên men

e) Làm trong bia

II ENZYM TRONG CHẾ BIẾN BIA :

1 Enzym protease

2 Enzym α- Amylase

3 Enzym β- Glucanase

4 Nấm men trong sản xuất bia

NỘI DUNG BÀI BÁO CÁO:

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 Sơ lược về bia :

Bia là loại đồ uống có độ rượu nhẹ và có tính giải khát cao Thành phần của bia gồm có:

 80-90% H2O

 1,5-7% cồn

 3-10% chất tan

 0,3-0,4% CO2

Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, gạo, malt, hoa houblon, sau quá trình lên men sẽ cho ra một loại đồ uống giàu dinh dưỡng,

có hương thơm đặc trưng, độ 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,đặc biệt là nhóm enzym khích thích tiêu hóa amylaza

2 Các nguyên liệu chính trong chế biến bia

a Malt :

– Tên khoa học là humulus pululus

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

– Malt dạng hạt sau khi xay được hoà tan bằng nước ở 37 0C và cho vào nồi malt Đối với việc hoà tan malt khác với hoà tan gạo vì malt dể 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 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.Các chất đắng có trong hoa houblon truyền cho bia vị đắng dễ chịu,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 nhằm giảm giá thành sản phẩm

3 Qui trình chế biến bia:

4. Các công đoạn chính:

a) Nghiền malt: với mục đích phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu khi nấu nhằm thu được dịch đường có nồng độ các chất cao nhất từ nguyên liệu ban đầu Yêu cầu khi nghiền malt là giữ vỏ malt càng nguyên càng tốt và cần có một tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô,tấm mịn và bột,tỷ lệ này phụ thuộc vào thiết bị lọc dịch đường hóa

b) Nấu nguyên liệu (đường hóa nguyên liệu):

- Mục đích của quá trình nấu bia là chuyển các chất của malt và nguyên liệu thay thế từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của

hệ enzym thủy phân

- Để tăng hiệu suất nấu người ta đã áp dụng nhiều phương pháp đường hóa khác nhau.Tuy nhiên,tất cả các phương pháp đó đều theo một nguyên tắc chung về điều kiện nhiệt độ thích hợp cho các enzym thủy phân, chủ yếu là

hệ amylase và protease hoạt động:

 α –amylase: 70-75 0C

 β –amylase: 63-65 0C

 protease: 50-60 0C

c) Đun sôi dịch đường với hoa houblon (quá trình houblon hóa):

 Mục đích của quá trình là ổn định thành phần dịch đường, truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon,keo tụ các protein, vô hoạt enzym và thanh trùng dịch đường

 Trong quá trình phải đảm bảo không để nhiệt độ của dịch đường hạ xuống dưới 70 0C để tránh oxy không khí tiếp xúc với dịch đường xảy

ra các phản ứng oxy hóa làm giảm chất lượng của bia

d) Lên men bia:

 Trong quá trình lên men bia một lượng lớn cơ chất, chủ yếu là đường

và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí carbonic và các sản phẩm phụ

 Lên men bia có 2 giai đoạn: giai đoạn lên men chính và giai đoạn lên men phụ, Hiện nay,có 2 phương pháp lên men được sử dụng phổ biến:

Phương pháp cổ điển : quá trình lên men chính và lên men phụ

là 2 quá trình tách biệt nhau,diễn ra trong 2 loại thiết bị khác nhau, sắp xếp ở các mặt bằng khác nhau và được gọi là công nghệ lên men 2 pha Theo phương pháp này,quá trình lên men chính được tiến hành trong các thùng lên men kín hoặc hở ở nhiệt độ 80C hoặc lớn hơn,thời gian kéo dài 6-10 ngày.Ở giai đoạn này,nấm men lên men mạnh,dịch sủi bọt nhiều.Cuối giai đoạn này,sự lên men giảm xuống,phần lớn nấm men lắng xuống đáy thùng.Ta có được sản phẩm bia non bao gồm rượu

etylic,CO2,các sản phẩm phụ và còn một ít đường(1,5-2,5%).Bia non tiếp tục được bơm vào các thùng lên men phụ và tàng trữ.Nhiệt độ lên men phụ giữ ở 1-40Cgiai đoạn này nấm men lên men phần đường còn lại để bổ sung CO2 cho bia,đồng thời hoàn thiện chất lượng của bia

Phương pháp hiện đại : 2 giai đoạn lên men chính và phụ được

thực hiện trong cùng một thiết bị nên còn gọi là lên men 1 pha

- Nếu lên men ở nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra hiện tượng hỏng men, sẽ làm đục bia.Căn cứ vào nhiệt độ để quy định số ngày lên men.Nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng lớn

e) Quá trình lọc: mục đích của quá trình lọc bia là để loại các tế bào

nấm men, các tạp chất

- Bia sau khi lên men được gọi là bia non Bia non tiếp tục đi qua máy lọc khung bản với chất trợ lọc là đất lọc và giấy lọc Dung dich sau khi lọc được thu hồi gọi là bia trong Để đo độ trong của bia người ta dựa vào máy đo độ đục

Sơ đồ khung bản:

- Sau khi lọc khoảng 2 tuần người ta tiến hành vệ sinh 1 lần để loại bỏ các cặn bả của bia non ra ngoài Bia non sau khi qua thiết bị lọc thu được bia trong thành phẩm

có nồng độ alcol 4,5% và tiếp tục đi qua phân xưởng chiết

f) Quy trình công nghệ ở phân xưởng chiết

II ENZYM TRONG CHẾ BIẾN BIA:

1) Enzym protease:

Papain

– EC: 3.4.22.2

– Là một endoprotease, trọng lượng phân tử 20700 Dalton

– Có khả năng thủy phân sâu, chịu nhiệt tương đối cao

– pH hoạt động 5-9

– Papain thô hoạt tính cao hơn papain tinh khiết

– Bị bất hoạt do tác nhân oxyd hóa

– Sử dụng papain để giảm keo Haze

Haze là dạng sương mà của bia,do sự kết hợp của polypeptit và tanin xảy ra khi bia được làm lạnh đến dưới 100C

Polypeptit bị thuỷ phân bởi papain và một số enzym protease,không còn nguyên liệu để kết hợp với tanin.Vì vậy,dùng papain để ngăn ngừa hiện tượng này

Pullulanase :

 Thuỷ phân liên kết α -1,6

 Cơ chất: pullulane có nhiều trong bột mỳ

 Pullulanase kết hợp với α-amylase thuỷ phân hèm bia dextrin thành đường lên men

sản xuất bia :

50%) Hiệu suất trích ly nguyên liệu tăng từ 1-2%

đạt hiệu suất lên men cao Do vậy, tiết kiệm đợc chi phí điện lạnh cho quá trình sản xuất

đà, độ tạo bọt tốt hơn so với bia sử dụng 30% gạo thay thế mà không

sử dụng enzym

 Nâng cao hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất bia ở mức khoảng 2.500.000 đ/ngày đối với dây chuyền công suất 20.000 lít/ngày nhờ tiết kiệm điện, hơi, nớc, nhân công, nguyên liệu

2) Enzym α- Amylase:

α - amylase ( termamyl):

- Thuộc nhóm enzym α -amylase

- Là chế phẩm enzym thương mại có dạng lỏng

- Có nguồn gốc từ vi khuẩn

- Chịu nhiệt (105-1100C)

- Trong quá trình nấu bia,giúp dịch hoá tinh bột trước khi lên men, đơn giản hoá qui trình công nghệ

α- amylase ( fungamyl): Trong sx bia, enzim được ứng dụng trong

quá trình lên men bia để gia tăng hệ thống lên men của mạch nha Độ lên men trong bia có thể gia tăng 2-5%

SEBamyl-L(Chất hỗ trợ đường hoá nguyên liệu): là enzyme từ vi

nấm, được sản xuất bằng lên men chủng Aspergillus oryzae không

biến đổi gen SEBamyl-L là endo-amylase, cắt liên kết

1,4-α-glucosidic của dịch tinh bột Hoạt động kéo dài của SEBamyl-L sinh

ra một lượng lớn maltose và một ít glucose

 Sự ổn định về nhiệt độ và pH tốt

 Sinh ra dịch đường chứa hàm lượng maltose cao (DE50)

 Bi vô hoạt khi thanh trùng ở nhiệt độ thông thường

 Dịch hóa toàn bộ tinh bột

 Nguồn gốc là sinh vật không biến đổi gen

 Thành phần hoàn toàn tự nhiên, không có thành phần nhân tạo tổng hợp

-Trong công nghiệp bia, enzyme làm tăng khả năng lên men của dịch đường chứa nhiều nguyên liệu thay thế, làm giảm lượng dextrin thừa trong các loại bia thấp carbohydrate

SEBstar-HTL(Chất hỗ trợ dịch hoá tinh bột): là α-amylase, enzyme

ở dạng lỏng và chịu nhiệt Là enzyme vi khuẩn được sản xuất bằng cách lên men chủng vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen.SEBstar-HTL là endo-α-amylase, cắt liên kết 1,4-α-glucosidic của dịch tinh bột một cách ngẫu nhiên Hoạt động kéo dài của SEBstar-HTL làm giảm

nhanh độ nhớt của dịch tinh bột và sinh ra một lượng lớn các dextrin thấp phân tử

 Tính ổn định nhiệt tốt cho quá trình dịch hóa

 Sinh ra dịch dextrose có độ nhớt thấp

 Dịch hóa toàn bộ tinh bột

 Làm tăng công suất nấu hèm và nấu cháo ( Nguyên liệu thay thế)

 Nguồn gốc là sinh vật không biến đổi

 Thành phần hoàn toàn tự nhiên, không có thành phần nhân tạo tổng hợp

- Trong công nghiệp bia, SEBstar-HTL sử dụng để dịch hóa nồi cháo và giảm nhanh được độ nhớt của dịch tinh bột

3) Enzym β- Glucanase:

SEBflo-TL(Chất hỗ trợ thuỷ phân cấu trúc vỏ): là enzyme ở dạng lỏng,

được sản xuất bằng cách điều khiển quá trình lên men của chủng

Tricoderma không biến đổi gen.SEBflo-TL là enzyme endo-glucanase xúc

tác cho quá trình thủy phân β-glucan (1,4và1,3-β-glucans) của lúa mạch và malt Enzyme xúc tiến quá trình dịch hóa, giảm độ nhớt, xúc tiến sự phân chia lỏng/rắn, trong quá trình lọc Về cơ bản thì SEBflo-TL không ảnh hưởng tới hoạt tính của protease

 SEBflo-TL là enzyme glucanase bổ sung vào khi ngâm trộn malt hoặc hỗn hợp malt và lúa mạch SEBflo-TL là β-glucanase có khả năng chịu nhiệt tốt hơn malt glucanase Trong công nghiệp sản xuất bia và rượu, SEBflo-TL cắt polysaccharide ở tế bào ngoài của hạt làm tăng lượng đường có khả năng lên men và giảm độ nhớt Enzyme thường được thêm vào trong quá trình dịch hóa

 Gia tăng hiệu suất chiết khoảng 5 – 20% khi ngâm trộn malt hoặc hỗn hợp malt với lúa mạch

 Gia tăng sự tinh khiết của quá trình chiết

 Gia tăng sự chiết tinh bột ngũ cốc khoảng 2 – 5%

 Giúp quá trình lọc dễ và nhanh hơn

 Gia tăng hiệu suất sản xuất bia

SEBclear-L(Chất hỗ trợ quá trình lên men): là enzyme ở dạng

lỏng, được sản xuất bằng cách lên men của chủng Tricoderma không

biến đổi gen SEBclear-L là enzyme có tác dụng ổn định và làm trong bia, kéo dài thời gian sử dụng của bia thành phẩm SEBclear-L bao gồm endo- glucanase xúc tác thuỷ phân β-glucan (Liên kết 1,4 và 1,3

β- glucanse) và protease xúc tác thuỷ phân protein, triệt tiêu yếu tố chính gây nên vấn đề đục bia

Tăng độ đục là vấn đề rất nghiêm trọng đối với sản xuất bia, ảnh hưởng đến tiêu chuẩn cảm quan của bia Tốc độ tạo đục của bia quyết định tuổi thọ của bia Độ đục trong bia gây nên bởi dạng phức hydrat cacbon bao gồm β-glucanse, protein, polyphenol Bia tại nhiệt độ 32oF cũng có thể bị đục do protein không tan ở nhiệt độ thấp Đặc thù của SEBclear-L là được cho vào cho vào quá trình lên men để triệt tiêu tác nhân gây đục là β- glucanse và protêin

4) Nấm men trong sản xuất bia: .

- Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống

Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi

trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau

đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất

để chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành

 Có 2 loại

Nấm men chìm :

– Nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza

– Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men

– Có nồng độ enzym thấp, khả năng tạo bào tử lâu và hạn chế

– Nấm men chìm chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó :

• Nấm men bụi :là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng

từ từ khi kết thúc lên men chính

• Nấm men kết bông : có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi

kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị, có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất bia, làm cho bia nhanh trong

- Sản xuất bia bằng phương pháp lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men

Nấm men nổi :

 Quá trình trao đổi chất của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình

hô hấp , vì vậy sinh khối nấm men nổi nhiều hơn nấm men chìm

 Nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccharose

 Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính

 Nhiệt độ lên men là 14-25oC

 Sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi bia bằng cách hớt bọt

5) α- Acetolactate : SEBMature L(Chất hỗ trợ quá trình lên men, Giảm diacetyl trong bia): là

enzyme có nguồn gốc là vi sinh vật không biến đổi gen, α-acetolactate

decarboxylase (ADLC) ứng dụng trong sản xuất thực phẩm Bổ sung vào giai đoạn đầu tiên của quá trình lên men, hạn chế đáng kể sự hình thành diacetyl trong quá trình lên men, giảm thiểu thời gian lên men

 Trong quá trình lên men, α–acetolactate bị oxi hóa thành dạng acetyl ảnh hưởng đến hương vị tự nhiên của bia và làm kéo dài quá trình lên men α-acetolactate decarboxylase trong

SEBMature L có tác dụng chuyển α-acetolactate thành acetoin

bỏ qua sự hình thành acetyl hoăc tạo rất ít acetyl Tạo thiểu lượng acetyl hình thành sau quá trình lên men

 Hạn chế tối đa sự hình thành acetyl trong quá trình lên men

 Rút ngăn đáng kể thời gian lên men

 Tăng công suất sản xuất bia

6) Hệ enzym có trong đại mạch :

 Hệ enzym amylase (α,β –amylase, amylo fotfatase) để thủy phân tinh bột Amylo fotfatase được hình thành sau 2-3 ngày đầu của quá trình nảy mầm

 Hệ enzym sitaza (nhóm sitoplastaza, nhóm sitaza) thủy phân

hemicellulose, phá vỡ màng ngăn cách vỏ hạt và nội nhũ, cung cấp thức ăn cho mầm sống và phát triển

 Hệ enzym protease: thủy phân các protid,hoạt tính cực đại sau ngày thứ 5 của quá trình nảy mầm,tạo ra các chất chứa Nitơ hòa tan và sản phẩm cuối cùng là các acid amin,NH3

 Hệ enzym esteraza

 Trong lúa mạch có 2 enzym: oxyde synthase và hydroperoxy

delyase,tạo ra hương vị không mong muốn cho bia Để giải quyết vấn

đề này,trong quá trình sản xuất người ta sử dụng protein LTP-là

protein vận chuyển lipid nhằm giảm bớt những hương vị khó chịu của bia thành phẩm

- Điều khiển phản ứng của protein LTP có thể đạt 2 mục đích là kiểm soát hương vị và tạo bọt bia

Tài liệu tham khảo:

1) Bài giảng môn công nghệ hóa sinh và enzym.Ths Đinh Ngọc

Loan-Giảng viên trường Đại Học Nông Lâm

2) Ứng dụng protease trong sản xuất bia:

http://www.taybacuniversity.edu.vn/forum/viewtopic.php? f=23&t=121

3) Các yếu tố ảnh hưởng trong lọc bia :

http://ibiotech.com.vn/index.php?

option=com_content&task=view&id=6&Itemid=2

4) http://sinhhocvietnam.com/vn/modules.php?

name=Forums&file=viewtopic&t=1798

5) http://wikipedia.com

6) Hoàng Đình Hoà – công nghệ sản xuất Malt và bia NXB Khoa

học kĩ thuật Hà nội 1998

7) Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp – ĐH Huế.