Đường hóa là mục tiêu chính của công đoạn nấu. Sản phẩm của quá trình đường hóa là nhiên liệu cho nấm men sử dụng trong công đoạn lên men. Tinh bột không hòa tan trong malt và thế liệu được chuyển thành các thành phần hòa tan dưới xúc tác của hỗn hợp các enzyme.

1. Quá trình hồ hóa (Gelatinization)

Trong quá trình nấu, chuyển hóa đầu tiên là tinh bột được hồ hóa. Đối với malt, giai đoạn này không cần lưu tâm vì một phần đã hồ hóa trong lúc sấy, phần còn lại thì diễn ra đồng thời với quá trình đường hóa. Đối với thế liệu, tinh bột cần được hồ hóa và dịch hóa riêng trước khi bổ sung.

Hạt tinh bột không tan được trong nước lạnh mà chỉ hấp thu một lượng nước rất ít. Khi nhiệt độ nước tăng dần (~50°C), nước được hấp thu ngày càng nhiều và hạt tinh bột bắt đầu trương nở. Những vòng xuyến vô định hình phát triển quanh hạt tinh bột. Đây là thời điểm phân tử amylose bắt đầu đi vào dung dịch, các lớp tinh thể bị phá vỡ. Cũng tại thời điểm này, cấu trúc tinh thể không còn và dạng hạt của tinh bột biến mất vĩnh viễn. Hạt tinh bột đã được hồ hóa.

Nhiệt độ hồ hóa của các loại tinh bột khác nhau thì khác nhau. Chỉ có vài loại tinh bột có khoảng nhiệt độ hồ hóa trùng với khoảng nhiệt độ đường hóa của malt đại mạch. Một số được hồ hóa trước ở nhiệt độ thấp hơn, số khác có khoảng nhiệt độ này cao hơn nên cần phải hồ hóa trước.

nhiệt độ hồ hóa đường hóa của một số nguyên liệu sản xuất bia

Một điều thú vị khác là sự khác biệt rõ rệt giữa khoảng nhiệt độ hồ hóa của các hạt tinh bột nhỏ và hạt tinh bột lớn của đại mạch. Hạt tinh bột lớn chiếm 90% khối lượng, nó bị hồ hóa ở khoảng nhiệt độ đường hóa nhưng hạt tinh bột nhỏ thì bị hồ hóa hoàn toàn ở nhiệt độ cao hơn. Điều đó giải thích tại sao trong phương pháp nấu có nhiều vọng sôi lại cho hiệu quả tốt hơn.

Khi tinh bột bắt đầu hồ hóa, độ nhớt của dịch tăng dần. Dịch nấu đặc có nguy cơ làm cháy động cơ hoặc gãy cánh khuấy. Để giải quyết vấn đề này, enzyme α-amylase thường được bổ sung vào dịch nấu. Quá trình dịch hóa thường sẽ sử dụng trong quy trình nấu riêng với thế liệu (đặc biệt là gạo). Phần bột malt (khoảng 10% thế liệu) được bổ sung đồng thời với việc giữ nhiệt kéo dài ở nhiệt độ 70-74°C để dịch nấu không bị đặc khi ở giai đoạn hồ hóa.

Trong nồi đường hóa, tinh bột của malt nhanh chóng hút nước, trương nở, hòa tan, giải phóng các phân tử amylose và tham gia phản ứng thủy phân với hỗn hợp enzyme α-amylase, β-amylase và limit dextrinase.

2. Enzyme thủy phân trong quá trình đường hóa (Saccharification)

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 thủy phân tinh bột. Đường hóa diễn ra sau khi dịch nấu đã dịch hóa. Trong công đoạn nấu, có thể điều chỉnh lượng đường lên men thu được thông qua việc lựa chọn nhiệt độ, pH và thời gian đường hóa. Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc vào chất lượng malt.

Các quá trình thủy phân trong đường hóa dịch nấu bia - foscitech

Có bốn enzyme chính tham gia quá trình thủy phân tinh bột trong dịch nấu. Enzyme α-amylase và β-amlyase thủy phân liên kết α-(1-4) glucoside của phân tử tinh bột. Limit dextrinase phân cắt liên kết α-(1-6) glucoside của phân tử amylopectin ở điểm phân nhánh. Enzym cuối cùng là maltase có thể cắt ra 1 phân tử glucose từ nhánh của đường đôi, hoặc đường phức. Tuy vậy nó bị mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 45°C nên không có vai trò quan trọng trong công đoạn nấu.

Enzyme α-amylase và β-amlyase không thể đường hóa hoàn toàn tinh bột do liên kết α-(1-6) glucoside chiếm 6-7% trên tổng các liên kết của amylopectin. Limit dextrinase có thể hoàn thiện quá trình này, nó hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 60-62,5°C, nằm gọn trong khoảng nhiệt độ làm việc của β-amlyase (60-70°C). Chính vì thế, trong dịch nha còn số lượng lớn các dextrin không phân nhánh, mang lại cảm quan đặc trưng cho bia.

Ngoài ra, sacharase hay invertase cũng hoạt động trong dịch nấu. Enzyme này thủy phân đường saccharose (đường mía, củ cải,…) thành fructose và glucose nhưng hàm lượng đường saccharose trong malt không đáng kể nên hoạt động của enzyme này ít ảnh hưởng đến thành phần dịch nha.

Giai đoạn đường hóa hoàn thành khi phản ứng với dung dịch iodua hoàn toàn không chuyển màu.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa

3.1. Nhiệt độ và thời gian

Việc nấu với hàng loạt điểm dừng nâng nhiệt theo những khoảng thời gian nhất định và chỉ xảy ra riêng biệt trong từng nồi nấu. Nhiệt độ và khoảng thời gian dừng này được chọn phù hợp cho enzyme hoạt động hiệu quả và được kiểm soát chặt chẽ. Nhiệt độ tối ưu cho một loại enzyme không phải là một hằng số cố định mà phụ thuộc vào thời gian hoạt động. Nhiệt độ càng thấp thì hoạt lực của enzyme càng được duy trù lâu hơn và nhiều sản phẩm hơn có thể được sản xuất ra nếu cho có đủ thời gian hoạt động.

Thực tế cho thấy, đường hóa ở nhiệt độ 55°C có thể thu hồi tới 90% chất tan mặc dù nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột malt. Tuy nhiên nhiệt độ đường hóa luôn được lựa chọn sao cho tại điểm đó hạt tinh bột có thể được hồ hóa để enzyme hoạt động hiệu quả nhất.

3.2. pH

Mỗi enzyme yêu cầu pH môi trường phải nằm trong một khoảng chấp nhận nào đó, nói cách khác, pH quyết định hoạt độ phản ứng của enzyme. Vì vậy, trong quá trình sản xuất dịch nấu người làm bia cần đưa ra giá trị pH được sử dụng phù hợp với mỗi loại enzyme để hiệu suất nấu bia đạt tối ưu.

Cụ thể về pH dịch nấu bia và phương pháp điều chỉnh được trình bày trong bài viết Điều chỉnh pH dịch nấu bia trong công nghệ sản xuất bia.

3.3. Tỷ lệ bột/ nước

Độ đậm đặc của dịch nấu (tỷ lệ bột và nước) ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt động của enzyme. Dịch quá đặc (dưới 2 lít nước/kg bột) sẽ khó khuấy trộn và hiệu suất tạo đường lên men giảm, trong khi thời gian đường hóa kéo dài.

4. Các câu hỏi thường gặp (FAQs)

Thông số của quá trình đường hóa trong công nghệ sản xuất bia?

Nồi cháo hồ hóa thế liệu 70°C.
Nồi đường hóa: Tỷ lệ nước/ bột > 2; Nhiệt độ ~ 52°C; pH ~ 5,6-5,7; Thời gian ~ 40-50 phút
(thông số mang tính chất tham khảo)

Giai đoạn đường hóa được đánh giá là hoàn thành khi nào?

Khi dịch nha phản ứng với dung dịch iodua hoàn toàn không chuyển màu thì giai đoạn đường hóa hoàn thành.

TỪ VỰNG TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

  • Saccharification: Đường hóa
  • Gelatinization: Hồ hóa
  • Wort: Dịch nha
Nguồn tham khảo
Tại Foscitech, chúng tôi nỗ lực cung cấp những kiến thức chuyên môn đáng tin cậy và bám sát thực tế nhất trong lĩnh vực khoa học và công nghệ thực phẩm. Chúng tôi sử dụng chính sách biên tập nội dung khắt khe để đảm bảo nội dung trên Foscitech là tốt nhất.

1. A. R. Spevacek, K. H. Benson, C. W. Bamforth, and C. M. Slupsky, “Beer metabolomics: Molecular details of the brewing process and the differential effects of late and dry hopping on yeast purine metabolism,” J. Inst. Brew., vol. 122, no. 1, pp. 21–28, Feb. 2016. https://doi.org/10.1002/jib.291.
2. G. G. Stewart, “The production of secondary metabolites with flavour potential during brewing and distilling wort fermentations,” Fermentation, vol. 3, no. 4, Dec. 2017.https://doi.org/10.3390/fermentation3040063.

Tham khảo bài viết vui lòng ghi rõ nguồn: https://foscitech.vn/qua-trinh-duong-hoa-trong-cong-nghe-san-xuat-bia/

Leave a Reply

Your email address will not be published