Dịch nha trong giai đoạn lên men bia là canh trường bao gồm các loại đường đơn, dextrin, axit amin, peptide, protein, vitamin, ion vô cơ, axit nucleic và rất nhiều các thành phần khác, do đó, tạo nên một môi trường hoàn hảo để nấm men thực hiện các chức năng hấp thu và chuyển hóa.
MỤC LỤC
1. Hấp thu và chuyển hóa đường và carbohydrate trong lên men bia
Phần lớn dịch nha bao gồm các loại đường saccarose, fructose, glucose, maltose, maltotriose cùng với các dextrin. Trong điều kiện lên men bia bình thường, các chủng nấm bia (chủng men nổi và men chìm) có khả năng sử dụng sử dụng saccarose, glucose, fructose, maltose và maltotriose gần đúng theo trình tự (hoặc theo thứ tự ưu tiên) này.
trong lên men bia
Phần lớn các chủng nấm men bia bỏ qua malto–tetraose và các dextrin khác không lên men được, ngoại trừ Saccharomyces diastaticus có khả năng sử dụng một số loại dextrin. Thông thường, bước đầu tiên trong việc sử dụng bất kỳ đường nào của nấm men là đường được trực tiếp hấp thu qua màng tế bào hoặc chúng được thủy phân trước bên ngoài màng tế bào sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào.
Maltose và Maltotriose là những ví dụ về các loại đường đi thẳng qua màng tế bào, trong khi đường sacarose (cũng như dextrin với Sacharomyces diastatius) bị thủy phân bởi enzyme ngoại bào thành các thành phần được hấp thu trực tiếp và sau đó được đưa vào bên trong tế bào.
Maltose và Maltotriose là những loại đường chính trong dịch nha và khả năng sử dụng hai loại đường này của nấm men là trọng yếu, ngoài ra còn phụ thuộc vào sự chọn lọc bổ sung và di truyền chính xác của các giống men bia. Nấm men bia có cơ chế hấp thu độc lập để vận chuyển hai loại đường này qua màng vào bên trong tế bào.
Khi đi vào tế bào, cả hai loại đường này sẽ được thủy phân thành các đơn vị glucose bởi hệ enzym α-glucosidase. Điều quan trọng cần được nhấn mạnh lại rằng việc vận chuyển, thủy phân và lên men của maltose đặc biệt quan trọng trong sản xuất bia, bởi maltose thường chiểm tới 50-60% lượng đường lên men trong dịch nha.
Khi các loại đường này đi vào bên trong tế bào, chúng được biến đổi thành pyruvate bằng chuỗi hóa sinh glycolytic. Khi nấm men hô hấp trong môi trường hiếu khí, chu trình Kreb (TCA) và quá trình phosphoryl oxy hóa diễn ra. Việc tổng hợp citrate, 2-oxoglutarate cung cấp oxy cho quá trình tổng hợp axit nucleic và axit amin cũng xảy ra trong chu trình Kreb và các axit hữu cơ cũng được loại bỏ qua màng tế bào đi vào bia non. Các cơ chất được tạo ra còn có thể dùng cho quá trình sinh tổng hợp.
Trong điều kiện yếm khí, chu trình Kreb có thể hoạt động một phần, nhưng mức độ hoạt động vẫn chưa cụ thể. Khi nấm men đang trong giai đoạn lên men, NAD+ được tái sinh bằng việc sử dụng nhiều chất nhận hydro. Nấm men không chịu được trong môi trường có tính axit cao, do đó axit pyruvic được chuyển thành khí cacbonic và acetaldehyde và cuối cùng acetaldehyde thành ethanol. Đây là lý do tại sao ethanol được sản xuất trong quá trình lên men bia. Các chất nhận hydro khác được sử dụng để khôi phục lại mức độ oxi hóa khử của tế bào: diacetyl, fumarate, oxaloacetate, andehyde, …
Đọc thêm bài viết liên quan: Các chuyển hóa trong quá trình nấu dịch nha – CNSX bia; Thu hồi và tồn trữ nấm men trong sản xuất bia
2. Hấp thu và chuyển hóa axit amin, peptide và protein trong lên men bia
Dịch nha trong giai đoạn lên men bia chứa khoảng 20 loại axit amin. Tương tự thành phần đường trong dịch nha, quá trình đồng hóa các axit amin cũng tuân thủ theo trình tự nhất định. Phân loại các axit amin trong dịch nha theo tốc độ hấp thu được xác định gồm 4 nhóm:
| A-Hấp thụ ngay lập tức | B-Hấp thụ nhanh | C-Hấp thu chậm | D-Không hấp thu hoặc hấp thu rất ít |
|---|---|---|---|
| Glutamic acid Aspartic acid Asparaginc Glutamine Serinc Threonine Lysine Arginine | Valine Methionine Leucine Isolcucine Histidine | Glycine Phenylalanine Tyrosine Tryptophan Alanine Ammonia | Proline |
Phân loại axit amin theo mức độ cần thiết cho quá trình đồng hóa của nấm men gồm 3 nhóm:
| Nhóm 1 | Nhóm 2 | Nhóm 3 |
|---|---|---|
| Glutamic acid Asparaginc Glutamine Threonine Serine Methionine Proline | Isolcucine Valine Phenylalanine Glycine Alanine Tyrosine | Lysine Arginine Histidine Leucine |
Nhóm 1 được coi là tương đối không quan trọng vì chúng có thể hấp thu trực tiếp từ dịch nha khi có sẵn hoặc được tổng hợp từ quá trình chuyển hóa đường và chuyển hóa axit amin trong quá trình lên men.
Nhóm 2 và nhóm 3 có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bia. Trong quá trình lên men, khi nguồn cung cấp các axit amin cạn kiệt, phân nửa keto axit của nhóm 2 phải được tổng hợp từ các loại đường.
Các sản phẩm carbonyl, ví dụ diacetyl, phát sinh trong quá trình tổng hợp các keto acid nhất định, tạo hương vị không mong muốn cho bia nếu vượt quá ngưỡng cho phép. Mục đích chính của việc kiểm soát quá trình lên men bia là đảm bảo các sản phẩm carbonyl có mặt với nồng độ thích hợp trong bia thành phẩm.
Các thành phần axitamin có ảnh hưởng quan trọng lên hiệu suất của quá trình lên men bia và hương vị bia. Trong trường hợp dùng malt là nguyên liệu chính thì sẽ đảm bảo axit amin đủ để vấn đề này không xảy ra. Tuy nhiên, phải cẩn thận khi sử dụng thế liệu trong đó có nhiều loại axit amin còn thiếu.
3. Oxy trong quá trình lên men bia
Dịch nha được làm lạnh và sục khí để có khoảng 8-10mg/l oxy hòa tan. Trong vài giờ sau khi cấy men, hầu hết oxy hòa tan sẽ được hấp thu hết. Có một khoảng rộng về nhu cầu oxy giữa các chủng nấm men nổi và men chìm. Với chủng men nổi, nhu cầu oxy được đánh giá bằng so sánh các quá trình lên men dịch nha được cấy men đang phát triển trong giai đoạn lên men kỵ khí và nấm men đang phát triển trong giai đoạn hiếu khí.
Tồn tại mối quan hệ tương đồng giữa mức độ cặn của dịch nha và hàm lượng oxy hòa tan trong dịch khi cấy men. Cặn dịch nha có nồng độ cao các axit béo không no, đặc biệt là axit linoleic. Axit này được hấp thụ bởi nấm men và tác động tiêu cực đến sản xuất ester.
| Dịch nha nhiều cặn | Dịch nha nhiều cặn | Dịch nha ít cặn | Dịch nha ít cặn | |
|---|---|---|---|---|
| Axit linoleic (μg/yeast) | 6180 | 5510 | 880 | 510 |
| Oxy hòa tan trong dịch nha (mg/l) | 8 | 4 | 8 | 4 |
| Tổng lượng ester (mg/l) | 18.2 | 26.5 | 24.2 | 34.6 |
4. Quá trình trao đổi chất của nấm men
Có thể nghĩ tới việc can thiệp kiểm soát oxy hoặc kiểm soát hô hấp để kiểm soát quá trình lên men bia.
Hiệu ứng Pasteur, thực hiện ức chế oxy trong quá trình lên men: Nếu oxy xuất hiện trong quá trình lên men bia, tế bào nấm men sẽ quay trở lại quá trình hô hấp. Điều đó có nghĩa các quá trình glycolysis, phosphoryl oxy hóa khi có sự hiện diện của oxy.
Một quan sát quan trọng của Pasteur là sự hấp thu glucose trong các tế bào dạng hô hấp chậm hơn so với các tế bào đang lên men. Thực tế cho thấy quá trình hô hấp hiếu khí với mỗi phân tử glucose sẽ tạo ra nhiều năng lượng hơn trong tế bào của quá trình lên men (không hô hấp), do đó với lượng cơ chất cần thiết ít hơn, các tế bào nấm men vẫn có thể chuyển hóa một lượng năng lượng lớn bằng con đường hô hấp.
Hiệu ứng Crabtree là hoạt động bằng cách ức chế hô hấp bằng con đường lên men: Hô hấp bị ức chế và quá trình lên men xảy ra. Đối với Sacharomyces cerevisae, loại nấm men nhạy cảm glucose, quá trình hô hấp bị kiềm chế khi glucose có mặt ngay cả với nồng độ nhỏ (0,4%w/v) trong canh trường. Điều này là chắc chắn, bất kể có hay không có sự hiện diện của oxy.
Trong quá trình lên men bia điển hình tại nhà máy sản xuất, dịch nha chứa 1% glucose thì quá trình hô hấp của nấm men sẽ bị hạn chế. Khi lượng glucose không lớn hơn hàm lượng ức chế (<0,4%w/v) và có sự hiện diện của oxy phân tử, glucose sẽ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và nước.
Cả maltose và maltotriose đều không thể hiện sự ức chế với hoạt động hô hấp trong quá trình hô hấp của nấm men.
1. Gregory J. Noonan, “New Brewing Lager Beer: The Most Comprehensive Book for Home and Microbrewers”, 2003
2. Monika Elżbieta Jach, Maria Ziaja, Marek Kieliszek “Yeast Protein as an Easily Accessible Food Source”, Metabolites 2022, 12(1), 63; https://doi.org/10.3390/metabo12010063.
Tham khảo bài viết vui lòng ghi rõ nguồn: https://foscitech.vn/qua-trinh-chuyen-hoa-dich-nha-trong-len-men-bia/
