TS. Nguyễn Kính

Trong nghề làm bia, người ta coi giai đoạn sản xuất dịch lên men là giai đoạn “nấu bia” nhưng thực chất giai đoạn này là giai đoạn khởi đầu để tạo ra nguyên liệu cho quá trình lên men bia. Với ý nghĩa đó, chúng ta thấy tầm quan trọng của nó như thế nào.

Chất lượng của dịch lên men hay nói cách khác quá trình đường hóa tinh bột để tạo ra dịch lên men là yếu tố quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm, cho nên trong nghề làm bia người ta phải chọn thợ nấu bia thật “xịn” mới có thể tạo ra bia đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng.

Để góp thêm cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất bia, tôi đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến quá trình sản xuất dịch lên men.

Vấn đề này đã được nhiều người nghiên cứu và cũng đã có viết trong một số tài liệu. Song để kiểm chứng lại cũng như xác định chế độ đường hóa thích hợp đối với loại nguyên liệu được dùng tại xưởng Bia Real của Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Sinh học và Thực phẩm, trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, tôi đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến quá trình đường hóa. Các kết quả cụ thể được trình bày sau đây.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến thành phần chứa Nitơ trong sản phẩm đường hoá

- Khi tăng độ chua, pH = 5,0. Các hợp chất chứa nitơ bền vững như axit amin peptid và pepton (đạm amin) cũng như nitơ kết tủa với MgSO₄ đều tăng

- Tăng nhiệt độ đến 60^oC làm tăng các sản phẩm chứa nitơ kết tủa với MgSO₄

- Hàm lượng đạm amin tạo nhiều nhất ở 50^oC

Trước khi tiến hành đường hoá phải tiến hành quá trình hồ hoá

+ Hồ hoá là giai đoạn làm trương nở và phá vỡ các hạt bột trong nước. Các phân tử tinh bột được giải phóng làm thành dịch nhớt tạo điều kiện thuận lợi cho các Enzim Amylaza tấn công, tiến hành quá trình đường hoá tinh bột.

+ Nhiệt độ hồ hoá phụ thuộc vào tinh bột của các loại hạt và kích thước hạt tinh bột của chúng.

+ Nhiệt độ hồ hoá tối ưu của các hạt đại mạch từ 58 ¸ 62^oC

+ Nhiệt độ hồ hoá tối ưu của gạo là 80 ¸ 82^oC

Sau khi hồ hoá, các phần tử tinh bột sẽ liên kết yếu với nhau hoặc không liên kết với nhau nữa tạo điều kiện để các Enzim có trong dịch tấn công trực tiếp vào tinh bột, do đó rút ngắn được thời gian đường hoá.

Quá trình đường hoá

Là quá trình phân cắt Amylo, Amylopeptin và Dextrin bậc cao thành các đường đơn giản và Dextrin bậc thấp tạo điều kiện thuận lợi để chúng hoà tan vào nước tạo thành dịch đường. Quá trình này được thực hiện nhờ nhóm Enzim Amylaza như: a-Amylaza, b-Amylaza và Amylophosphataza.

a-Amylaza tác động lên mạch Amylo và Amylopeptin của tinh bột và bẻ gãy mắt liên kết a-1-4 Glucozit, sản phẩm cuối cùng của quá trình này chủ yếu là Dextrin, một lượng Glucose và Maltose.

b-Amylaza cắt liên kết a-1-6 glucozit trên hai mạch Amylo và Amilopeptin để tạo thành sản phẩm là Maltose.

Ngoài ra hai Enzim này có thể đồng thời tác động trên toàn mạch Amylo và mạch nhánh của Amylopeptin để tạo thành đường Maltose

Amylophosphataza tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột với chức năng làm cho quá trình hồ hoá dễ hơn, phân cắt phân tử axit phosphoric ra khỏi mạch Amylopeptin.

Kết quả quá trình này là khoảng 60% Maltose được tạo ra cùng với các loại đường khác như: Fructoza – Glucoza – Sacaroza.

Quá trình đường hoá phụ thuộc vào: nhiệt độ, pH, hàm lượng tinh bột, hoạt độ và nồng độ Enzim.

- Cường độ quá trình đường hoá phụ thuộc nhiều vào hàm lượng, hoạt tính của Enzim và điều kiện xảy ra quá trình. Bằng cách điều chỉnh khối lượng Enzim, nhiệt độ, pH, ta có thể tạo ưu thế cho sự hoạt động của Enzim này hay Enzim khác. Cùng với cách này, ta có thể tạo sự thủy phân đến cùng hoặc thủy phân cục bộ các chất riêng biệt. Qua đó có thể điều chỉnh được tương quan tỷ lệ giưa các thành phần trong sản phẩm dịch lên men. Hợp phần của các chất chiết có tính chất khác nhau nên khi chúng có sự thay đổi về tương quan khối lượng sẽ làm thay đổi chất lượng của dịch đường (dịch lên men), yếu tố quyết định để tạo ra loại bia này hay loại bia khác trên thị trường.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đường hoá đến hàm lượng đường Maltose và Dextrin

Trong sản xuất dịch lên men, người ta rất quan tâm đến tỷ lệ giữa Maltose và Dextrin, đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của bia. Đối với các loại bia “nặng”, tỷ lệ này thấp khoảng 2,2 – 2,3. Đối với các loại bia “nhẹ”, tỷ lệ này có thể đến 2,8 – 3,0.

Mỗi loại Enzim đều có vùng nhiệt độ tối ưu riêng. Nhiệt độ thủy phân là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng của quá trình đường hoá bởi Enzim để định hướng quá trình đường hoá cách tốt nhất và để thực hiện là điều chỉnh nhiệt độ để điều hoà các phản ứng. Điều chỉnh tỷ lệ các thành phần của dịch đường bằng cách điều chỉnh nhiêt độ của dịch cháo sao cho phù hợp với nhiệt độ tối ưu của từng Enzim và duy trì ở nhiệt dộ đó một thời gian thích hợp thì các hợp chất mới được phân cắt một cách triệt để. Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của a-Amylaza là 72^oC và của b-Amylaza là 63^oC và Amylophosphataza là 68^oC. Đường hoá ở 60 ¸ 63^oC là tạo ưu thế cho việc hình thành Maltose cón đường hoá ở 70 ¸ 75^oC ưu thế tạo thành Dextrin. Dựa vào các số liệu ở trên, tôi đã tiến hành thí nghiệm và thu được kết quả như sau.

Qua đó ta thấy vùng nhiêt độ tối ưu cho các enzim Amylaza từ 63 ¸ 67^oC. Tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào pH của môi trường

Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đường hoá

pH có ảnh hưởng nhiều đến các phản ứng enzim vì nồng độ ion [H⁺] có ảng hưởng đến độ bền của protein của các Enzim. Đa số các Enzim bền trong giới hạn pH = 5 – 9. Song độ bền của Enzim có thể tăng lên khi có mặt của cơ chất Coenzim hoặc Ca²⁺. Các Enzim khác nhau thì có pH tối ưu khác nhau.

Đối với a-Amylaza, điều kiện pH tối ưu là 5,5 – 5,7 còn b-Amylaza là 4,9 – 5,1 còn các Amylophosphataza là 5,5 – 5,7. pH tối ưu chung cho cả nhóm Amylaz là 5,4 – 5,6. Nếu pH < 3 hoặc cao hơn 8 thì Enzim bị tê liệt đến vô hoạt.

pH tối ưu của Amylaza phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ của dịch cháo thì pH của Enzim cũng tăng theo.

Khi hạ pH của dịch đường xuống mức độ nhất định nào đó thì có lợi cho quá trình đường hoá. Hiệu suất đường hoá tăng lên và rút ngắn thời gian đường hoá.

Ngoài nhiệt độ và pH, quá trình đường hoá còn phụ thuộc vào nồng độ cơ chất cũng như chất lượng dịch sau khi đường hoá.

Kết luận:

- Để tạo ra được bia phù hợp với thị hiếu của khách hàng, điều quan trọng là phải đảm bảo chất lượng về hoá lý – vi sinh và cảm quan. Để điều chỉnh các thông số hoá lý và cảm quan của bia đòi hỏi người làm bia phải hiểu biết ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình sản xuất bia, trong đó việc sản xuất ra dịch lên men là khâu quan trọng nhất.

- Ngoài chất lượng nấu bia, hương vị của bia được quyết định bởi thành phần của dịch lên men

- Người ta có thể điều chỉnh hương vị của bia bằng cách điều chỉnh thành phần của dịch lên men như trên chúng tôi đã trình bày

- Những kết quả nghiên cứu ở trên chưa thật hoàn hảo, song đã được ứng dụng vào thực tế sản xuất bia ở xưởng bia Real của Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Sinh học và Thực phẩm của trường Đại học Công nghiệp TP.HCM và tạo ra được một loại bia được nhiều người ưa chuộng – Bia Real.