CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1 Quy trình tổng quát công nghệ sản xuất bia
4.1.1 Công đoạn nấu nước nha
4.1.1.5 Quá trình đường hóa
a. Mục đích của quá trình đường hoá
Quá trình đường hoá là quá trình chuyển tinh bột thành đường làm nguồn thức ăn cho nấm men để tạo ra rượu và CO2. Mục đích là tạo ra được càng nhiều chất chiết và chất lượng dịch đường cao. Phần lớn các chất chiết được tạo ra nhờ các phản ứng enzym thuỷ phân.
b. Hệ enzyme thuỷ phân tinh bột trong quá trình đường hoá
Enzyme amylase là enzyme thuỷ phân tinh bột thành đường. Hệ enzyme amylase gồm nhiều loại như α – amylase, β – amylase và γ – amylase. (Nguyễn Thị Thu Thuỷ, 2006)
α – amylase (EC 3.2.1.1)
Dưới tác dụng của enzyme α–amylase, amylose bị phân giải khá nhanh tạo thành oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose, các mạch bị phân cắt dần và bị phân giải chậm đến triosemaltose, maltose. Sản phẩm thuỷ phân gồm 87% maltose, 13%
glucose. Còn amylopectin thì bị phân giải khá nhanh nhưng vì α–amylase không cắt được liên kết α–1,6 glycoside nên sản phẩm cuối cùng có khoảng 72%
maltose, 19% glucose, dextrin phân tử thấp và isomaltose là 8%.
β–amylase (EC 3.2.1.2)
β–amylase được gọi là enzyme ngoại phân. β–amylase phân giải 100% amylose thành maltose. Phân giải 54 – 58% amylopectin thành maltose. Do mỗi nhánh của amylopectin có từ 20 – 25 phân tử glucose nên sau khi thuỷ phân tạo 10 – 12 phân tử maltose. Khi tới liên kết α–1,4 glucoside gắn với liên kết α–1,6 glucoside, β – amylase sẽ ngưng tác dụng, phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn β–limit dextrin.
γ–amylase (Glucoamylase) (EC 3.2.1.3)
So với β–amylase, γ–amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của rượu ethylic, aceton, không bền với ion kim loại nặng như Cu2+, Hg2+,…có trong nấm mốc và một vài loại vi khuẩn. γ–amylase thuỷ phân polysaccharide từ đầu không khử tuần tự từng gốc glucose một. Chúng không thuỷ phân được các dextrin vòng. Khi thủy phân tinh bột, cùng với việc tạo thành glucose còn có thể tạo thành olygosaccharid
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 23
Hình 14: Cơ chế tác động của hệ enzyme amylase
Malt và gao được tiến hành đường hoá theo sơ đồ đường hoá (hình 15).
10 30 50 70 90 110
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Thời gian (s)
Nhiệt độ
Nồi gạo Nồi malt Hình 15: Sơ đồ đường hoá nguyên liệu của nhà máy bia
c. Một số quá trình xảy ra ở nồi nấu malt - Giai đoạn 50oC:
Hoà trộn bột malt vào nước ở nhiệt độ 50oC. Đây là giai đoạn đạm hoá, protein cao phân tử sẽ được thuỷ phân thành các đoạn peptid ngắn và acid amin. Acid amin là nguồn thức ăn cung cấp đạm cho nấm men phát triển sinh khối, là một cơ chất của phản ứng maillard hình thành màu cho dịch đường. Tỷ lệ peptid, acid
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 24 amin, protein còn có vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho bia thành phẩm. Trong giai đoạn đạm hoá, nồi nấu malt được bổ sung CaCl2, cung cấp ion Ca2+ và ion Cl- cho dịch cháo, giúp tăng khả năng bền nhiệt của hệ enzyme amylase.
- Giai đoạn 65oC: giữ 15 – 35 phút
Dịch cháo từ nồi gạo được bơm qua nồi malt. Nhiệt độ của nồi malt sau khi hội cháo là 65oC, nhiệt độ thích hợp cho β–amylase hoạt động. Sản phẩm của quá trình thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng của β–amylase là đường maltose. Maltose được nấm men sử dụng trong quá trình lên men. Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình đường hoá cũng như toàn bộ quy trình sản xuất. Nếu giai đoạn này đường hoá không đạt hiệu quả, hàm lượng maltose thấp sẽ ảnh hưởng đến độ lên men và vị của bia. Khi nồi malt đạt 65oC được 10 phút thì đo pH để xác định pH tối ưu cho quá trình đường hóa.
- Giai đoạn 75oC: giữ 15 – 25 phút
Nồi malt được gia nhiệt đến 75oC. Nhiệt độ 75oC thích hợp cho α–amylase hoạt động. α–amylase tiếp tục thuỷ phân phần tinh bột còn sót thành đường đơn, maltose, và các dextrin mạch ngắn. Giai đoạn 75oC giúp thuỷ phân hoàn toàn tinh bột thành các chất hoà tan trong dịch đường, không còn tinh bột vì tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm. Nồi nấu malt được nâng lên 76oC nhằm bù mất nhiệt trong quá trình bơm dịch đường qua máy lọc. Trong quá trình lọc vẫn đảm bảo nhiệt độ thích hợp cho α – amylase tiếp tục hoạt động, khi giữ nhiệt 75oC được 10 phút thì tiến hành đo tinh bột sót tránh tuyệt đối còn tinh bột sót lại.
d. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hoá
- Chất lượng malt: Nếu hàm lượng acid amin được tạo ra trong quá trình nảy mầm đủ cho nấm men sử dụng, tạo màu cho bia thì không nên giữ giai đoạn 50oC quá lâu. Nếu giữ quá lâu thì lượng protein cao phân tử bị thuỷ phân quá nhiều làm cho bia có vị nhạt nhẽo hay không có hậu vị và độ bền bọt kém.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ là một trong những điều kiện quan trọng để hệ enzyme thuỷ phân hoạt động tốt. Nhiệt độ tối thích cho các hệ enzyme thuỷ phân hoạt động thì sẽ thu được chất hoà tan cao.
- pH: pH cũng có vai trò như nhiệt độ là một trong những điều kiện để enzyme tăng hoạt tính thuỷ phân. Ngoài ra pH còn có vai trò trong quá trình lọc, lên men…
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 25 - Khuấy trộn: Trong quá trình đường hoá, khuấy trộn giữ một vai trò quan trọng.
Khi gia nhiệt cần tăng tốc độ khuấy trộn đảm bảo nhiệt độ được đồng đều trong toàn bộ khối cháo. Trong quá trình đường hoá, nếu cánh khuấy quá mạnh sẽ tạo điều kiện cho oxy xâm nhập vào và tạo lực kéo, đồng thời làm biến đổi cấu trúc các hợp chất có trong dịch hèm. Nếu sử dụng cánh khuấy quá ngắn sẽ gây phân tách khối dịch cháo dẫn đến chênh lệch nhiệt độ làm giảm hiệu suất chiết. Cánh khuấy phải được thiết kế phù hợp và vận hành đúng.
- Sự oxy hoá trong quá trình đường hoá: Khả năng hoà tan của không khí vào dịch cháo phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch đường. Nếu để không khí hoà tan vào dịch nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu bia, hương bia giảm. Một số nguyên nhân chính để không khí xâm nhập vào dịch cháo:
Dịch cháo chảy vào thiết bị từ trên xuống
Vận tốc cánh khuấy cao