Quá trình nấu dịch nha: chuyển hóa protein, β-glucan và lipid

Cùng với quá trình đường hóa, chuyển hóa các thành phần khác cũng diễn ra đồng thời trong quá trình nấu dịch nha, bao gồm: protein, lipid, β-glucan. Sản phẩm hình thành có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men ở bước tiếp theo và toàn bộ quá trình công nghệ sản xuất bia.

1. Quá trình thủy phân protein

Hợp chất chưa nito chiếm khoảng 5-6% chất khô trong dịch nha, tương đương với 30-40% lượng đạm tổng số trong malt. Đây là một nguồn dinh dưỡng quan trọng cho nấm men.

1.1. Các loại đạm

Protein: Phần lớn lượng protein dư sau khi trích ly sẽ ở lại cùng bã hèm, khi nấu nếu chúng bị oxy hóa thì sẽ tạo bọt gây cản trở cho quá trình lọc bã hèm.

Polypeptide: Có hai nhóm polypeptide quan trọng trong sản xuất bia:

• Hydrophobic polypeptide: tạo bọt cho bia
• Acid polypeptide (tính acid, tính chua): khi kết hợp với polyphenol tạo thành cặn nóng và cặn lạnh, nếu không loại bỏ sẽ gây ra sự không ổn định huyền phù cho bia khi bảo quản, gây đục bia. Mặt khác chúng góp phần tạo sự gắn kết trong quá trình uống, tạo sự đậm đà cho bia.

Peptide: ảnh hưởng khá ít đến cảm giác nguyên vẹn và đậm đà của bia.

Aminoaxit: chiếm khoảng 10-15% lượng nito hòa tan tổng số. Nó là nguồn dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển của nấm men. Thông thường, lượng FAN trọng dịch nha nằm trong khoảng 100-150mg/l, nếu ít hơn sẽ dẫn đến lên men không hiệu quả do nấm men không đủ dinh dưỡng cho sự phát triển.

1.2. Enzyme thủy phân protein

Endoprotease: Enzyme phân cắt protein cao phân tử thành chuỗi polypeptide tương đối lớn ở nhiệt độ và pH tương đối thấp.

pH tối ưu: 3,9 – 5,5; Nhiệt độ tối ưu: 45-50°C; Nhiệt độ bất hoạt: 70°C.

Exopeptidase: Enzyme phân cắt polypeptide thành axit amin. Chúng chịu được nhiệt độ cao và giải phóng axit amin từ chuỗi polypeptide.

Endopeptidase: gồm hai nhóm:

• Carboxypeptidase: tác động đến các protein có đuôi carbonyl để cắt ra các axit amin. Các enzym này được hình thành qua quá trình ngâm malt và chúng hoạt động bình thường ở pH dịch nấu;
• Aminopeptidase: Tác động lên protein có đuôi amino, chúng hoạt động rất kém ở pH của dịch nấu, không có vai trò phân cắt protein rõ ràng trong quá trình nấu.

Do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ nấu dịch nha thường cao hơn so với nhiệt độ các enzyme thủy phân protein hoạt động hiệu quả. Nhà sản xuất bia có thể sử dụng chế phẩm enzyme để tạo thêm lượng axit amin khi cần. Trong thực tế, nấu dịch nha với lượng malt từ 60% trở lên thì không gặp vấn đề gì về dinh dưỡng nấm men. Cần lưu ý, thế liệu (gạo) cũng góp một phần protein vào dịch nha.

2. Quá trình thủy phân β-glucan trong dịch nha

Beta-glucan chiếm hơn 75% cellulose của thành tế bào. Phân tử β-glucan không được phân cắt trong quá trình sản xuất malt thì các quá trình sau sẽ bị tác động: 

• Giảm hiệu suất thu hồi (Đa số beta glucan hòa tan được trong nước, nhưng phần lớn chúng lại bị gắn kết bởi các protein của thành tế bào. Nếu thành tế bào không bị enzym betaglucanase phá vỡ thì enzym amylase sẽ không dễ dàng tiếp cận và phân cắt tinh bột. Vì vậy sẽ hàm lượng trích ly từ malt bị giảm.
• Độ nhớt của dịch nha cao
• Lọc bã gặp khó khăn
• Vấn đề đục bia rất dễ xảy ra do lọc bia không triệt để.

_{Bảng 1: Nhiệt độ hoạt động và bất hoạt của các loại enzyme thủy phân β-glucan}

Enzyme	pH tối ưu	Nhiệt độ tối ưu (°C)	Nhiệt độ bất hoạt (°C)
Endo β-1,4 glucanase	4,5-4,8	37-45	55
Endo β-Glucanase	4,7-5,0	40	63
β-Glucan Solubilase	6,1-6,3	60	73

Nhiệt độ nấu dịch nha khác nhau ảnh hưởng đến độ nhớt và khả năng lọc của dịch nha và bia. Số liệu sản xuất thực tế về ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân β-glucan đến quá trình lọc dịch nha được trình bày trong Bảng 2.

_{Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng thủy phân β-glucan, độ nhớt và lưu lượng lọc dịch nha ở phút thứ 30}

Nhiệt độ nấu (°C)	β-glucan trong dịch nha (mg/l)	Độ nhớt của dịch nha (cP)	Thể tích dịch nha lọc được ở phút thứ 30 (lít)
45	1,2	1,2	277
55	2,8	1,35	178
65	6,3	1,63	133
75	9,7	2,01	78

Đa số các nhà sản xuất bia sẽ cẩn thận trong việc lựa chọn malt với hàm lượng β-glucan thấp để hạn chế phải giải quyết vấn đề sau này.

3. Quá trình chuyển hóa lipid

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.

Cần lưu ý, phản ứng vừa là oxy hóa vừa là enzyme phân cắt các axit béo không no, chúng được chuyển hóa thành hydroperoxit bởi enzyme lipoxygenase và oxy, sau đó thành trans-2-nonenal là dẫn chất gây mùi oxy hóa được hình thành theo thời gian. Đây là nhân tố gây ra mùi bìa các tông trong bia lão hóa. Với hàm lượng rất nhỏ, các axit béo cũng tạo ra những hợp chất trung gian trong bia và đe dọa cho sự ổn định mùi vị.

Hàm lượng axit béo không no trong quá trình sản xuất bia chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

• Loại malt sử dụng
• Trong quá trình pha bột cần hạn chế sự xâm nhập của oxy để tránh quá trình oxy hóa xảy ra.
• Nhiệt độ pha bột cao và thời gian ngắn làm giảm hoạt lực của enzyme lipoxygenase (LOX).
• Làm ẩm malt với nước 80°C để bất hoạt LOX.
• pH nước pha bột thấp (5,1-5,2 ) sẽ giảm hoạt tính của LOX.

Dịch lọc không trong hoặc lắng cặn không tốt ở nồi lắng xoáy chứng tỏ nhiều axit béo tự do có trong dịch nha. Chúng cần cho nấm men sinh tế bào mới nhưng lại làm cho bia không ổn định mùi vị.

Kết luận

Như vậy, tuy với hàm lượng không cao nhưng quá trình thủy phân protein, beta-glucan và lipid khi nấu dịch nha mang lại những tác động quan trọng trong công nghệ sản xuất bia: quá trình lọc, lên men, sự ổn định hương vị bia,… Việc kiểm soát thành phần protein, lipid và β-glucan trong nguyên liệu malt giúp nhà sản xuất bia hạn chế được những tác động không mong muốn trong quá trình sản xuất.

TỪ VỰNG TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

• Protein Hydrolysis: Thủy phân protein
• Lipid hydrolysis: Thủy phân chất béo