Ứng dụng của enzyme trong sản xuất bia – Biozym

Tóm tắt

Brewing là một trong những tiến trình thực phẩm truyền kiếp nhất của quả đât. Công nghệ sản xuất bia đã diễn ra cách đây sáu ngàn năm và đã được thực thi bởi những nền văn minh truyền kiếp nhất quốc tế như người Ai Cập cổ đại và người Mesopotami. Ngày nay, sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp thực phẩm số 1 trên quốc tế nói chung và đặc biệt quan trọng là phương tây. Việc sử dụng enzyme là một trong những trụ cột chính của ngành sản xuất bia và mặc dầu enzyme là nội sinh trong nguyên vật liệu hoặc được thêm vào từ những nguồn bên ngoài, việc hiểu và nghiên cứu và điều tra sâu về những enzyme này là bắt buộc vì mục tiêu sản xuất tốt hơn và cho chất lượng cao hơn. Mục đích của bài tổng quan này là để lý giải quy trình tiến độ sản xuất bia và luận bàn về những enzyme khác nhau được sử dụng trong ngành sản xuất bia với miêu tả về chính sách hoạt động giải trí của chúng .

Giới thiệu

Enzyme có tính chất sinh hóa quan trọng đã được chứng minh là không chỉ quan trọng đối với các sinh vật sống mà còn trong lĩnh vực khoa học và công nghệ thực phẩm. Enzyme đang tham gia vào nhiều phản ứng quan trọng trong cơ thể con người như truyền tín hiệu, điều hòa tế bào, tạo ra sự chuyển động, tiêu hóa, hấp thu và trao đổi chất. Các enzyme chủ yếu là các protein hình cầu có cấu trúc bậc ba và cấu trúc chính của chúng được tạo thành từ hàng ngàn axit amin, được liên kết với nhau thông qua các liên kết peptide trong chuỗi tuyến tính.

Ngoài những đặc thù sinh lý của chúng, những enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Từ 6.000 năm trước Công nguyên và cho đến ngày này, enzyme đã được sử dụng rất nhiều trong nhiều quy trình tiến độ khác nhau trong chế biến thực phẩm ( ví dụ : sản xuất bia, làm phô mai, giảm thời hạn chín trong sản xuất rượu vang, làm mềm thịt, v.v. ). Một trong những ứng dụng chính của enzyme trong ngành công nghiệp thực phẩm là sản xuất bia. Brewing được định nghĩa là quy trình sản xuất bia, trong đó đường trong tinh bột được lên men thành rượu ethyl trải qua hoạt động giải trí của men. Đây là một trong những kỹ thuật sản xuất thực phẩm truyền kiếp nhất ; nó còn có ngay cả trước Chúa Kitô. Ở Ai Cập cổ đại, phụ nữ thường nướng và ủ bia như một nghĩa vụ và trách nhiệm trong nhà, bia trong thời kỳ này được gọi là heqet. Người Ai Cập cổ đại đã sử dụng bánh mì, nước, chà là, mật ong và men để sản xuất bia dày, đỏ sẫm. Ngày nay, ngành sản xuất bia đang tăng trưởng rất lớn và đã cho thấy một xu thế tăng lên trong thập kỷ qua. Theo tài liệu thống kê năm năm ngoái, Trung Quốc ( 460 tỷ hl ) và Hoa Kỳ ( 189,21 m hl ) là những nhà phân phối bia lớn nhất. Tổng số xí nghiệp sản xuất bia ở Hoa Kỳ từ năm 1990 đến năm năm nay được tính là 5301,8. Mục đích của cuộc luận bàn này là để lý giải quy trình sản xuất bia và đàm đạo về những enzyme khác nhau được sử dụng trong ngành sản xuất bia và miêu tả những chính sách hoạt động giải trí của chúng .

Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất bia đa phần gồm chín bước chính là malting, xay, nghiền, tách wort ( lautering ), thêm hoa bia, lên men, giải quyết và xử lý, lọc và đóng chai .
Quá trình mở màn với mạch nha, trong đó những hạt ( thường là lúa mạch hoặc lúa mì ) được sấy khô thành malt để chuyển carbohydrate phức tạp thành dextrin và maltose trải qua ba quy trình liên tục đó là ngâm ( 14 – 18 °C ), nảy mầm ( 16 – 20 °C ) và sấy ( 50 – 110 ° C ) bằng cách sử dụng nước, nhiệt và hoạt động giải trí của những enzyme ( ví dụ : α-amylase và protease ). Sau khi malting, nước được thêm vào mạch nha trước khi nghiền để tạo độ như nhau mạch nha và thủy phân thêm nữa để tạo ra những loại đường đơn thuần bằng quy trình xay và nghiền. Sau đó, wort ( tác dụng của quy trình nghiền ) sẽ đi qua quy trình lautering ( từ tiếng Đức abläutern có nghĩa là tách wort ), trong đó những hạt được tách ra từ dung dịch đường được chiết xuất trong quy trình nghiền trong bể lauter vì nó chứa những bộ lọc nhỏ chứa vỏ của những hạt trong dung dịch. Trong quy trình thêm hoa bia, wort được đun sôi ( 100 ° C ) cùng với hoa bia để khử trùng wort khỏi mọi ô nhiễm và cải tổ chất lượng và độ không thay đổi của bia. Wort sẽ được làm lạnh và sục thêm khí cho nấm men được bổ trợ vào trong quy trình lên men ( 6 – 25 °C ) để lên men đường thành ethanol và CO2 để sản xuất bia. Sau đó, bia được trấn áp trong khoảng chừng nhiệt từ ( – 2 đến 0 °C ) để vô hiệu những thành phần gây hại và không mong ước, cái hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng đến quy trình carbonate, hương và vị của bia. Sau đó, bia được lọc qua những tấm bảng lọc để vô hiệu những hạt rắn lơ lửng như hoa bia, hạt lúa mì, nấm men … Cuối cùng, bia được đóng gói trong chai, một trong những bước quan trọng trong quy trình đóng gói là vô hiệu Oxi trong loại sản phẩm để tránh hư hỏng và tác động ảnh hưởng chất lượng bia. Thông qua tổng thể những bước được đề cập ở trên trong quy trình sản xuất bia, những enzyme là những tác nhân chủ chốt trong việc duy trì và cải tổ loại sản phẩm. Vai trò của những enzyme trong sản xuất bia sẽ được đề cập bên dưới đây .
Barley Kernel

Enzyme
Nguồn
Quá trình
Chức năng

α – amylase
Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis
 Malting, nghiền
Thủy phân tinh bột, cải thiện độ trong

β – amylase
Bacillus licheniformis
Malting, nghiền
Thủy phân tinh bột, cải thiện quá trình malting, quá trình đường hóa, tăng hiệu suất lên men

β – glucanase
Trichoderma sp.
Orpinomyces sp .
Malting
Lên men mashing
Cải thiện quá trình malting, giảm độ nhớt, cải thiện độ trong, hỗ trợ sản xuất wort trong

α – amylase từ nấm
Aspergillus sp.
Lên men
Tăng hiệu suất lên men

Protease
Nội sinh trong hạt lúa mạch, Aperguillus sp., Pineapple latex
Malting
Bảo quản mashing
Cải thiện quá trình malting
Cải thiện quy trình lên men, làm trong cải tổ chất lượng làm mát và dữ gìn và bảo vệ

α – acetilactate – decarboxylase (ALDC)
Bacillus subtilis recombinant
Qúa trình lên men
Giảm thời gian lên men

Amyloglucosidase
Apergillus niger
Quá trình mashing
Tăng lượng glucose trong wort

Hạt lúa mạch

Qúa trình sản xuất bia dựa vào tinh bột được ngâm có nguồn gốc từ thực vật như lúa mì sau đó được lên men bởi nấm men. Khi quy trình này diễn ra, những enzyme đóng vai trò quan trọng trong xúc tác những quy trình khác nhau. Lúa mì là một nguồn phân phối tinh bột tuyệt vời và được sử dụng thoáng đãng trong sản xuất bia. Hạt lúa mì chứa hầu hết những enzyme để sản xuất bia khi hạt lúa mì được ngâm trong nước nóng và khi enzyme protease và glucanase được sử dụng. Như đã đề cập trước đó, malting gồm có ba bước là ngâm, nảy mầm và sấy. Trong quy trình ngâm, lúa mì được ngâm trong nước khoảng chừng hai ngày để hấp thụ nhiệt độ sau đó quy trình nảy mầm diễn ra trong 3 – 7 ngày tại đây lúa mạch được chuyển thành malt. Sự nảy mầm dừng lại khi mở màn sấy, lúc này malt được sấy khô, sắc tố và mùi vị của malt sẽ biến hóa. Malt được tàng trữ sau quy trình malting sẽ trải qua quy trình nghiền với nước nóng và sự hồ hóa tinh bột xảy ra. Tinh bột trong sản xuất bia là từ hai nguồn chính : lúa mạch và tinh bột bổ trợ. Tinh bột bổ trợ là nguồn tinh bột bên ngoài được thêm vào như một nguồn bổ trợ glucose và chất dinh dưỡng cho quy trình lên men. Các tinh bột được hồ hóa để phá vỡ những hạt để lộ ra chuỗi amyloze và amylopectin cho những enzyme hoạt động giải trí. Alpha-amylase khởi đầu ảnh hưởng tác động lên quy trình thủy phân tinh bột thành dextrin – gọi là hóa lỏng. Sau khi hóa lỏng, những enzyme amylolytic sacar hóa liên tục thủy phân tinh bột và dextrin thành glucose để sử dụng cho quy trình lên men. Việc sử dụng enzyme đường hóa phụ thuộc vào vào chất lượng và loại bia, ví dụ enzyme glucoamylase thường được khuyên dùng và vận dụng tốt trong sản xuất bia nhẹ. Hạt lúa mạch nhiều lúc hoàn toàn có thể được trộn với malt khi những enzyme thương mại được sử dụng vì sự phối hợp này nhiều lúc dẫn đến một thuộc tính mong ước trong loại sản phẩm ở đầu cuối .

Các enzymes trong sản xuất bia

Enzyme sử dụng trong ngành sản xuất bia rất phong phú về cách hoạt động giải trí và đặc thù của chúng. Các enzyme chính được sử dụng trong ngành sản xuất bia hoàn toàn có thể được chia thành bốn quy trình chính là nảy mầm, nghiền, lên men và làm trong. Quá trình sản xuất bia yên cầu một kiến thức và kỹ năng tuyệt vời về enzyme vì mỗi enzyme có điểm nhiệt độ riêng. Bốn loại enzyme phổ cập nhất được sử dụng trong sản xuất bia là beta glucanase, protease, alpha amylase và beta amylase. Enzyme hoàn toàn có thể là enzyme nội sinh hoặc ngoại sinh ( thương mại ). Enzyme thương mại hoàn toàn có thể được sử dụng cho những thuộc tính chất lượng cao như làm trong, sắc tố, cấu trúc hoặc mùi vị và nhiều lúc bắt buộc phải sử dụng những enzyme từ nguồn bên ngoài khi lúa mạch không cung ứng đủ những enzyme để phá vỡ và thủy phân tinh bột, điều này hoàn toàn có thể dẫn đến chất lượng bia thấp và hiệu suất giảm. Trong quy trình malting, β – glucan, chất xơ và những protein được bẻ gãy bởi hoạt động giải trí của protease, glucanase and xylanase. Sau khi hồ hóa tinh bột bằng nước nóng, enzyme amylase mở màn hoạt động giải trí để tạo ra đường trải qua quy trình dịch hóa và đường hóa. Sau đó, α – amylase và β – glucanase hoàn toàn có thể được sử dụng lại để cải tổ hiệu suất cao lên men và quy trình lọc. Thông thường những enzyme khác được sử dụng để nâng cao chất lượng như alpha acetolactate decarboxylase ( ALDC ) – cái cải tổ quy trình lên men bằng cách giảm thời hạn lên men và những loại protease thương mại khác được dùng để giữ cho bia trong trong suốt quy trình làm lạnh bia. Các loại enzyme sản xuất bia và nguồn gốc của chúng được tóm tắt trong bảng 2 .

Beta glucanase

Beta glucanase là một trong những enzyme quan trọng trong quy trình sản xuất bia đặc biệt quan trọng trong quy trình malting và nghiền. Enzyme Cellulase là chất hoạt động giải trí tiên phong trên những hạt tinh bột vì trong bước hồ hóa, chúng thủy phân lớp ngoài của hạt tinh bột và với công dụng của nước nóng, những hạt tinh bột được mở ra, để cho tinh bột bên trong trở thành chất nền tối ưu cho những enzyme thủy phân khác hoạt động giải trí. β – glucanase thường thủy phân những link 1-3 β – glycosidic giữa những phân tử glucose trong glucans ( Polysacaride làm từ những phân tử D-Glucose ). Phản ứng này là mong ước trong sản xuất bia vì nó làm giảm độ nhớt của wort, và tương hỗ những protease trong quy trình thủy phân những hạt tinh bột để làm cho hạt nhân mềm ra trong quy trình nảy mầm. Thông thường, β – glucanase được tìm thấy nội sinh trong chính lúa mạch và được gọi là endo-b1, 3-1, 4 – glucanase, tuy nhiên gần đây β-glucanase thương mại từ những vi sinh vật được sử dụng để sản xuất những loại bia nhẹ ( ít carbohydrate ) và rút ngắn thời hạn chín bên cạnh những tính năng bắt đầu của nó trong malting và nghiền để cải tổ chất lượng và độ sáng của bia. Mặc dù, độ đục của bia hoàn toàn có thể được mong ước ở một số ít loại bia như craft beer, nhiều lúc β – glucanase được thêm vào như một bước bổ trợ để làm trong bia, vì β – glucanase giúp phá vỡ mạng lưới hệ thống đục bằng cách thủy phân vật thể đục ( protein link với polyphenol, β-glucans và tinh bột ). Lượng enzyme được sử dụng thương mại thường là 0,3 – 1 kg mỗi tấn nguyên vật liệu wort. β – glucanase có giá trị pH và nhiệt độ tối ưu là 6.0 và 45 – 50 °C ; và làm mất màu ở 60 °C, phổ cập là 45 °C được biết đến là nhiệt độ tối ưu thấp nhất cho những enzyme thủy phân thành tế bào .

Amylase

Amylase được sử dụng hầu hết trong việc phá vỡ tinh bột ( Polysacarit được tạo thành từ một số lượng lớn những phân tử alpha-glucose ) thành những dextrin, oligosacarit, maltose và những phân tử glucose như thể một phần của quy trình malting. Trong quy trình sản xuất cả hai loại enzyme alpha và beta amylase được sử dụng để chuyển hóa tinh bột thành dạng lên men của nó. Alpha amylase ( α-amylase ) là enzyme hydrolyase xúc tác quy trình thủy phân hai loại đại phân tử lớn của tinh bột là amylose ( chuỗi thẳng của tinh bột trong hạt ) và amylopectin ( chuỗi phân nhánh của tinh bột trong hạt ) thành những dextrin bởi bẻ gãy những link glycoside bên trong ( 1-4 ) giữa những phân tử α-glucose trong khi beta amylase xúc tác quy trình thủy phân amylose và amylopectin thành maltose bằng cách phá vỡ link glycosidic bên ngoài. Trong quy trình malting, α và β-amylase được giải phóng khỏi những hạt tinh bột sau khi những lớp bên ngoài đã bị thủy phân bởi những enzyme β-glucanase và xylanase. Cả Alpha và beta amylase liên tục thủy phân dung dịch tinh bột trong wort trong quy trình tiến độ nghiền thành đường đơn thuần để sẵn sàng chuẩn bị cho quy trình lên men. Alpha amylase cũng được sử dụng sau khi malting và nghiền trong quy trình lên men của những loại bia nhẹ vì nó được biết là giúp tăng hiệu suất carbohydrate hoàn toàn có thể được lên men. Kiểm soát amylase cũng hoàn toàn có thể đóng một vai trò rất quan trọng so với chất lượng bia, vì tùy thuộc vào lượng amylase hoạt động giải trí và lượng tinh bột có sẵn, sẽ xác lập được lượng cồn bia. Nồng độ đường trong wort càng cao, hàm lượng ethanol trong bia càng cao, điều này hoàn toàn có thể diễn ra bằng cách sử dụng những amylase thương mại ( từ Bacillus Subtilis ) kèm theo một loại nội sinh và bổ trợ một loại đường hoặc tinh bột, trong khi lượng đường hoặc amylase thấp dẫn đến nồng độ bia rượu thấp. Hai enzyme amylase có giá trị nhiệt độ tối ưu khác nhau, β-amylase có pH và nhiệt độ tối ưu là 5,5 và 62,78 ° C, trong khi α-amylase có nhiệt độ tối ưu cao hơn 73,89 ° C và pH thấp hơn 5,2. Hai enzyme hoàn toàn có thể hoạt động giải trí ở cùng nhiệt độ, tuy nhiên không có hiệu suất cao cao như ở nhiệt độ tối ưu và do đó ảnh hưởng tác động đến tỷ suất của đường lên men và không lên men. Bất cứ khi nào sử dụng α-amylase thương mại ngoài chất nội sinh, những đơn vị sản xuất khuyên nên sử dụng 1-2 kg enzyme cho mỗi tấn lúa mạch để hóa lỏng tinh bột tốt hơn. Tuy nhiên, so với β-amylase, nên sử dụng liều lượng bổ trợ tùy thuộc vào nguồn tinh bột vì β – amylase đa phần là quan trọng trong quy trình đường hóa .

Protease

Protease là lớp enzyme xúc tác quy trình thủy phân những link peptide trong protein. Protease được sử dụng trong sản xuất bia vì nhiều quyền lợi và hai thứ quan trọng nhất là thủy phân protein để làm trong và tạo điều kiện kèm theo cho malting. Protease làm tăng mức độ hòa tan của protein và do đó làm giảm độ nhớt của bia, ngoài những protease tạo ra một điều kiện kèm theo tốt cho sự tăng trưởng của nấm men bằng cách phân phối những nitơ amin tự do, cái mà thiết yếu cho sự tăng trưởng của nấm men. Trong suốt quy trình mashing, protease làm mềm lớp vỏ của hạt bằng quy trình thủy phân những protein thành tế bào, làm tinh bột tiếp xúc với những enzyme nghiền và do đó làm quy trình nghiền và lên men tốt hơn. Protease phải được theo dõi cẩn trọng trong suốt quy trình trấn áp vì protease hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng đến chất lượng bọt – một chất lượng quan trọng của bia. Protease ủ bia có nhiệt độ tối ưu là 52 ºC và bị bất hoạt ở nhiệt độ từ 70 – 75 ºC. Mặc dù protease hầu hết là có pH acid, nhưng người ta thấy rằng nó vẫn xúc tác ngay cả ở độ Ph cao thậm chí còn hoàn toàn có thể lên tới 10. Mặc dù, protease xuất hiện tự nhiên trong hạt lúa mạch, nhưng bắt buộc phải sử dụng protein thương mại để duy trì chất lượng bia mong ước, đặc biệt quan trọng khi sử dụng tinh bột có chất lượng thấp. Việc sử dụng quá liều protease hoàn toàn có thể gây ra những tính năng không mong ước như suy thoái và khủng hoảng enzyme và mất độ không thay đổi của bọt. Hầu hết những đơn vị sản xuất khuyến nghị liều lượng dùng protease khoảng chừng 0.3 đến 1 kg trên một tấn lúa mạch .

CÁC ENZYME KHÁC ĐƯỢC THÊM VÀO TRONG QUÁ TRÌNH Ủ BIA

Trong thời đại công nghệ tiên tiến enzyme thời nay, có nhiều enzyme được sử dụng trong ngành sản xuất bia để đạt được và duy trì chất lượng tối ưu của bia trong suốt quy trình giải quyết và xử lý, dự trữ và luân chuyển. Một số enzyme hoàn toàn có thể được sử dụng thêm vào đến từ cùng một nhóm enzyme như ficin và papain thuộc nhóm enzyme protease và những enzyme khác được sử dụng như alpha-acetolactate decarboxylase ( ALDC ) thuộc nhóm enzyme lyases. Proteases như ficin và papain được bán thương mại vì chúng được chiết xuất từ thực vật. Ficin và papain được sử dụng như những enzyme chống lạnh, trong đó chúng thủy phân những protein gây ra khói mù lạnh. Hoạt tính của enzyme chống lạnh dựa trên việc vô hiệu những polyphenol and polypeptide có khối lượng phân tử lớn bằng quy trình thủy phân dẫn đến sự biến mất những vật thể đục .
Một enzyme khác được sử dụng trong sản xuất bia là alpha-acetolactate decarboxylase. Trong sản xuất bia quy mô lớn, bắt buộc phải giảm thời hạn sản xuất để có hiệu suất cao hơn, alpha-acetolactate decarboxylase được sử dụng với mục tiêu giảm thời hạn lên men dẫn đến quy trình sản xuất bia nhanh hơn mà không ảnh hưởng tác động đến chất lượng .

KẾT LUẬN

Như đã được đề cập ở trên, hoàn toàn có thể nói rằng sản xuất bia thời văn minh không hề liên tục mà không sử dụng enzyme. Các enzyme là chất xúc tác sinh học xúc tác những phản ứng sinh hóa và phân tử thiết yếu để duy trì và sản xuất nhiều những loại sản phẩm thực phẩm. Tất cả những enzyme chính như amylase, protease, glucanase và cellulase đều rất quan trọng cho quy trình sản xuất bia. Việc sử dụng alpha và beta – amylase rất quan trọng so với malting và nghiền lúa mạch, ngoài những còn tăng sản lượng đường cho quy trình lên men. Việc vận dụng những enzyme carbohydrate khác như glucoamylase và pullulanase cũng được những nhà phân phối chăm sóc, nó được sử dụng để bảo vệ sản xuất glucose nhanh hơn và nhiều hơn, để cho hiệu suất bia tốt hơn. Vì vậy, mức độ sản xuất của dextrin và năng lực lên men của wort nhờ vào hầu hết vào hoạt động giải trí của những enzyme amylase. Beta-glucanase là một enzyme chủ chốt cho quy trình malting vì nó phá vỡ thành tế bào của hạt nhân và tinh bột được bổ trợ dẫn đến việc tiết ra những enzyme khác thực thi malting. Ngoài ra glucanase và cellulase giảm độ nhớt của bia và tương hỗ trong hoạt động giải trí trong wort. Các công dụng của Protease hoàn toàn có thể được tóm tắt thành ba điểm là cải thiện sự tăng trưởng của nấm men, tăng cường quy trình malting và giảm vật thể đục trong quy trình dữ gìn và bảo vệ bia .
Science Forecast – Ahmed M. Gomaa * ( Alabama Agriculture and Mechanics, USA )
Xuất bản : 26 Jan, 2018

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay