Các chuyển hóa trong quá trình nấu dịch nha – CNSX bia

Quá trình nấu dịch nha (hay dịch nấu bia/ dịch đường) trong công nghệ sản xuất bia là quá trình diễn ra các chuyển hóa tạo chất tan chuẩn bị môi trường cho công đoạn lên men, bao gồm đường hóa, thủy phân protein, thủy phân beta-glucan và chuyển hóa chất béo.

1. Tổng quan về quá trình sản xuất dịch nha

Trong quá trình nấu dịch nha, hỗn hợp bột (malt hoặc malt và thế liệu) và nước được hòa trộn. Dưới tác động của nhiệt và enzyme, các chất khô không hòa tan trong malt (và thế liệu) được chuyển thành chất tan và lọc trích ly thành dịch nha. Tiếp theo là đun sôi và làm lạnh dịch nha, chuẩn bị môi trường cho công đoạn lên men.

Nấu dịch nha là công đoạn then chốt trong quá trình sản xuất bia, bao gồm quá trình hóa sinh và quá trình nhiệt. Hai quá trình này luân phiên và hỗ trợ nhau nhằm mục đích chuyển đổi chất không tan thành chất tan, cũng như loại bỏ các hợp chất không mong muốn.

Quá trình hóa sinh:

Quá trình được thực hiện bởi hệ enzyme có sẵn trong malt, do đó chịu tác động rất lớn bởi môi trường như nhiệt độ, pH, tỷ lệ bột/ nước và cơ chất. Quá trình nấu dịch nha diễn ra trong thời gian ngắn nên vấn đề kiểm soát và điều khiển các biến đổi hóa sinh rất phức tạp.

Quá trình nhiệt:

Quá trình nhiệt tạo điều kiện hồ hóa tinh bột, tối ưu hóa hoạt động của hệ enzyme, đồng phân hóa alpha axit, khử DMS, kết tủa protein, tiệt trùng,…

Để có thể kiểm soát và điều khiển công đoạn nấu nhằm đạt được chất lượng mong muốn cũng như xử lý những vấn đề phát sinh, tránh được những sai sót, người làm bia cần nắm rất rõ các quá trình biến đổi này.

2. Các chuyển hóa trong quá trình nấu dịch nha

Carbohydrate chiếm hơn 90% thành phần chất khô trong dịch nha, chất đạm chỉ chiếm khoảng 4-5%, còn lại là khoáng chất, vitamin và các nguyên tố vi lượng. Trong nhóm carbohydrate, 95% là sản phẩm hình thành từ quá trình chuyển hóa tinh bột trong nồi đường hóa.

2.1. Quá trình đường hóa

Chuyển hóa tinh bột là mục tiêu chính của công đoạn nấu. Tinh bột không hòa tan trong malt và thế liệu sản xuất ra nhiên liệu nấm men cần trong lên men.

Trước khi bước vào quá trình đường hóa, tinh bột hút nước, trương nở và quá trình hồ hóa diễn ra. Đường hóa là quá trình thuỷ phân các hợp chất cao phân tử trong nguyên liệu thành các hợp chất thấp phân tử dưới xúc tác của enzyme.

Có bốn enzyme chính tham gia quá trình thủy phân tinh bột trong dịch nấu dịch nha gồm enzyme α-amylase và β-amlyase, limit dextrinase và maltase. Hoạt động enzyme trong giai đoạn đường hóa bị ảnh hưởng đáng kể vởi nhiệt độ, pH, nồng độ của cơ chất của dịch nấu.

Đọc thêm bài viết liên quan: Quá trình đường hóa trong công nghệ sản xuất bia

2.2. Quá trình thủy phân protein

Protein hay các hợp chất nito chứa trong dịch nấu bia (dịch nha) được gọi là nitrogen. Ở cuối giai đoạn nấu, khoảng 30-40% tổng hàm lượng protein (nitrogen) được hòa tan và gọi là tổng hàm lượng đạm hòa tan (TSN-total soluble nitrogen).

Hợp chất chưa nito chiếm khoảng 5-6% chất khô trong dịch nha tương đương với 30-40% lượng đạm tổng số trong malt. Enzyme thủy phân thành phần protein gồm Exopeptidase và Endopeptidase.

Hợp chất nito hòa tan vĩnh viễn (PSN-permanently soluble nitrogen) là lượng đạm còn lại trong dịch nha sau giai đoạn đun sôi và tách cặn nóng. Thực tế lượng PSN bằng khoảng 94% TSN.

Trong quá trình lên men, nấm men có thể phát triển tốt cần khoảng 100-150mg/l aminoaxit tự do (FAN-free amino nitrogen) trong dịch nha.

2.3. Quá trình thủy phân beta-glucan

Beta-glucan chiếm hơn 75% cellulose của thành tế bào. Phân tử có cấu trúc chuỗi gồm các mắt xích phân tử đường glucose không phân nhánh, với khoảng 70% liên kết beta-1,4 và 30% liên kết beta-1,3.

Phân tử beta glucan không được thủy phân trong quá trình nấu dịch nha sẽ gây ra một số hậu quả như giảm hiệu suất thu hồi, độ nhớt dịch nha cao, quá trình lọc bã gặp khó khăn và rất dễ xảy ra hiện tượng bia đục.

Đa số các nhà sản xuất bia sẽ lựa chọn loại malt với hàm lượng beta-glucan thấp để hạn chế phải giải quyết những vấn đề nói trên.

2.4. Quá trình chuyển hóa chất béo

Trong quá trình sản xuất malt, chất béo trong hạt đại mạch bị phân cắt thành glycerol và axit béo bởi enzym lipase. Trong quá trình nấu dịch nha, quá trình này tiếp tục xảy ra dưới tác dụng của enzym lipoxygenase, chúng phân cắt các axit béo (chủ yếu là axit không no) thành glycerin và các axit béo hydroxy. Các axit béo hydroxy này là chất oxy hóa của các sản phẩm phân cắt từ axit béo và đồng thời cũng là tiền chất của các thành phần quen thuộc là những carbonyl lão hóa.

Các hydroxyl axit béo này sẽ tham gia vào quá trình oxy hóa trong giai đoạn lên men, đồng thời là tiền chất của các thành phần carbonyl lão hóa gây mùi lỗi trong bia.

Trong quá trình nấu dịch nha, hàm lượng polyphenol cũng tăng. Nấu ở nhiệt độ cao và thời gian kéo dài tạo điều kiện thuận lợi để polyphenol trích ly từ vỏ trấu và nội nhũ. Sử dụng malt có hàm lượng polyphenol cao tăng cường khả năng chống oxy hóa của dịch nha và bia. Đây cũng là một biện pháp loại bỏ oxy từ giai đoạn đầu của sản xuất.

Ngoài ra, cần tăng cường kẽm cho dịch nha ở công đoạn nấu để phục vụ cho nấm men. Hiện nay, chủ yếu kẽm được bổ sung trực tiếp với hàm lượng rất nhỏ và chọn loại muối kẽm phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

Đọc thêm bài viết liên quan: Quá trình nấu dịch nha: chuyển hóa protein, β-glucan và lipid

3. Các câu hỏi thường gặp (FAQs)

TỪ VỰNG TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

• Wort: Dịch nha
• Gelatinization: Hồ hóa
• Saccharification: Đường hóa
• Protein Hydrolysis: Thủy phân protein
• Lipid hydrolysis: Thủy phân chất béo
• total soluble nitrogen (TSN): tổng hàm lượng đạm hòa tan
• permanently soluble nitrogen (PSN): Hợp chất nito hòa tan vĩnh viễn
• free amino nitrogen (FAN): amino acid tự do.