BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP.HCM
KHOA: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU BIẾN ĐỔI SINH HÓA
TRONG SẢN XUẤT BIA

MÔN: HÓA SINH HỌC THỰC PHẨM
GVHD: TRẦN THỊ MINH HÀ
SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 10

11/11/2017


Danh sách thành viên nhóm 10
1.
2.
3.
4.
5.

Lê Ngọc Kim Uyên
Hoàng Thị Thơ
Vương Trịnh Minh Thảo
Đặng Nguyễn Hiếu Sang
Nguyễn Phạm Khánh Vui

2022150060

2022150095
2022150201
2022150067
2022150110

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................................................5
I.

GIỚI THIỆU VỀ BIA...................................................................................................................6
1. Tổng quan về bia......................................................................................................6
2. Quy trình công nghệ sản xuất bia.............................................................................6
a. Nguyên liệu..........................................................................................................6
b. Quy trình công nghệ.............................................................................................7

II.

MỤC ĐÍCH CỦA QUÁ TRÌNH NẤU BIA..........................................................................8

III.

VAI TRÒ CỦA CÁC ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA...........................................9

1. Thay thế malt bằng enzyme.....................................................................................9
2. Phân loại enzyme...................................................................................................12
a. Nhóm enzyme thủy phân (Hydrolaza)................................................................12
b. Nhóm enzymee oxy hóa khử (Decmolaza).........................................................13
IV.

QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT.............................................................................16


1. Các biến đổi của tinh bột trong quá trình nấu dưới tác dụng của enzyme..............16
2. Quá trình đường hóa tinh bột (hay quá trình thủy phân tinh bột)...........................16
a. Sự hồ hóa............................................................................................................16
b. Sự dịch hóa.........................................................................................................17
c. Sự đường hóa......................................................................................................17
3. Các sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành trong quá trình đường hóa và sự liên
quan đến hoạt động của nấm men.................................................................................17
2


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột trong quá trình đường hóa
là rất quan trọng............................................................................................................18
V.

QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN...............................................................................20
1. Thủy phân protein..................................................................................................20
2. Hệ enzyme và đặc điểm của quá trình thủy phân protein.......................................20
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ cấu sản phẩm thủy phân protein..............................22

VI.

KẾT LUẬN...................................................................................................................................25

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................26

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay nghành công nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân trong đó có lĩnh vực chế biến đồ uống. Bia là loại đồ uống có độ cồn
thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa

một hệ enzim khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hóa amylaza. Được
sản xuất từ các nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm, hoa houblon và nước với một
quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với
con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2
khá cao (4 – 5g/l) giúp con người giải khát một cách triệt để khi ta uống. Để tạo ra được
bia đạt chất lượng thu hút sự quan tâm của nhiều người thì quá trình sản xuất bia cần phải
được thực hiện trên một quy trình hoàn thiện. Chất lượng của bia được xem như là kết
quả từ các quá trình hoạt động của nấm men trong giai đoạn lên men bia. Sau đây là phần
tìm hiểu thông tin chi tiết về công nghệ sản xuất bia nói chung cũng như các biển đổi hóa
sinh trong sản xuất bia nói riêng.

I. GIỚI THIỆU VỀ BIA
1. Tổng quan về bia
Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ
lửng trong mơi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Nói một cách
khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng của
3


hoa houblon. Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá
trình tiêu hóa, ngồi ra trong bia còn chứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là
vitamin nhóm B như vitamin B1, B2, PP. . .). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng
rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta
bia đã trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành
công nghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta.
Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia có
khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng
thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác.
2. Quy trình công nghệ sản xuất bia
a. Nguyên liệu

-

Malt: Bằng cách ngâm hạt lúa mạch vào trong nước, cho phép chúng nảy mầm đến

một giai đoạn nhất định và sau đó làm khô hạt nảy mầm trong các lò sấy để thu hạt ngũ
cốc đã mạch nha hóa (malt). Mục tiêu chủ yếu của quy trình này giúp hoạt hóa, tích lũy
về khối lượng và hoạt lực của enzyme trong đại mạch. Hệ enzyme này giúp chuyển hóa
tinh bột trong hạt thành đường hòa tan bền vững vào nước tham gia vào quá trình lên
men. Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng để tạo ra các màu malt khác
nhau từ một loại ngũ cốc. Các loại mạch nha sẫm màu hơn sẽ sản xuất ra bia sẫm màu
hơn.
- Hoa Houblon: Hoa houblon được con người biết đến và đưa vào sử dụng khoảng
3000 năn TCN. Đây là thành phần rất quan trọng và không thể thay thế được trong quy
trình sản xuất bia, giúp mang lại hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ
bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Cây hoa bia được
trồng bởi nông dân trên khắp thế giới với nhiều giống khác nhau, nhưng nó chỉ sử dụng
trong sản xuất bia là chủ yếu. Hoa Houblon có thể được đem dùng ở dạng tươi, nhưng để
bảo quản lâu và dễ vận chuyển, houblon được sấy khô và chế biến để gia tăng thời gian
bảo quản và sử dụng.
- Nước: Do thành phần chính của bia là nước nên nguồn nước và các đặc trưng của
nó có ảnh hưởng rất quan trọng tới các đặc trưng của bia. Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng
4


hoặc thậm chí được xác định theo đặc trưng của nước trong khu vực sản xuất bia. Mặc dù
ảnh hưởng của nó cũng như là tác động tương hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong
nước được sử dụng trong sản xuất bia là khá phức tạp, nhưng theo quy tắc chung thì nước
mềm là phù hợp cho sản xuất các loại bia sáng màu. Do đó, để đảm bảo sự ổn định vể
chất lượng và mùi vị của sản phẩm, nước cần được xử lí trước khi tham gia vào quá trình
sản xuất bia nhằm đạt được các tiêu chí chất lượng nhất định.

- Men bia: men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường. các giống men bia
cụ thể được lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Men bia sẽ chuyển hóa đường
thu được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn và cacborn đioxit (CO2).
b. Quy trình công nghệ

II.

MỤC ĐÍCH CỦA QUÁ TRÌNH NẤU
BIA

Trong bột Malt, chỉ có những chất hòa tan trong nước mới tham gia vào thành phần bia
( đường, dextrin, axit vô cơ và một số protein). Còn hầu hết các hợp chất của bột malt thì
không tan trong nước, nghĩa là không tham gia vào thành phần bia (tinh bột, xenluloza,
một số protein cao phân tử và các hợp chất khác). Vậy quá trình đường hóa là quá trình
hòa tan vào nước các chất có trong bột nghiền Malt. Tất cả các chất tan vào dung dịch gọi
là chất chiết hay dịch hỗn hợp sau khi đường hóa được gọi là dịch hèm vì nó bao gồm cả
bã malt cùng các chất không hòa tan khác.
Về mặt kinh tế, hàm lượng của chất chiết thu càng cao càng tốt, giá trị này đánh giá hiệu
suất thu hồi và tổn thất của nhà máy. Bên cạnh đó, chất lượng của chất chiết cũng rất
quan trọng, càng ít hợp chất không mong muốn ( ví dụ tanin trong vỏ trấu) càng tốt,
ngược lại càng nhiều đường hoặc một số sản phẩm thủy phân từ protein càng tốt.
Tóm lại, mục đích của quá trình đường hóa là tạo ra được càng nhiều chất chiết và chất
lượng dịch càng cao càng tốt. phần lớn chất chiết được tạo ra nhờ những phản ứng
5


enzyme, các enzyme hoạt động mạnh tại các nhiệt độ thích hợp. Bởi vậy, quá trình đường
hóa được thực hiện tại những điểm nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của các enzyme.
MỤC ĐÍCH CỦA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT BẰNG ENZYME.
Để phân cách amyloza, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin

bậc thấp dễ hòa tan vào nước trở thành chất hòa tan của dịch đường. trong phản ứng này
tinh bột là cơ chất còn chất xúc tác là nhóm enzyme amylaza có sẵn trong malt. Trong
trường hợp sử dụng nguyên liệu chưa ươm mầm với khối lượng lớn để thu được chất hòa
tan cao nhất điều cần thiết là phải bổ sungh chế phẩm enzymee từ ngoài vào. Chế phẩm
enzyme từ vi sinh vật, ngoài

- amylaza trong nhiều trường hợp còn chứa thêm

glucoamylaza và một số enzymee khác mà trong malt đại mạch không có.

III. VAI TRÒ CỦA CÁC ENZYME TRONG
SẢN XUẤT BIA
1. Thay thế malt bằng enzyme
Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng enzyme amylase có trong
mầm đại mạch để thủy phân tinh bột có trong mầm đại mạch. Ngoài ra, người ta còn sử
dụng các enzyme khác có trong mầm đại mạch để thủy phân và chuyển hóa các chất
không tan sang trạng thái tan như chuyển protein, cellulose,… sang amino acid và
glucose. Các quá trình công nghệ này đã được thực hiện hàng ngàn năm nay ở nhiều
nước trên thế giới. So với các loại enzyme amylase từ các nguồn khác , amylase từ thóc
đại mạch đã nảy mẩm được sử dụng với số lượng nhiều nhất hiện nay. Quá trình hạt đại
mạch nảy mầm là quá trình sinh tổng hợp enzyme amylase và nhiều enzyme khác. Nhờ
sự tổng hợp ra những enzyme này mà hạt tiến hành quá trình tự thủy phân tinh bột,
protein và các hợp chất khác để cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho hạt nảy mầm .
Đây là quá trình sinh lý bình thường của quá trình nảy mầm của hạt. Quá trình nảy mầm
là quá trình trao đổi chất và là quá trình sinh lý hạt chuyển từ trạng thái năng lượng dự trữ
sang trạng thái năng lượng phát triển. Lợi dụng quy luật sinh lý bình thường này của hạt,
loài người đã biết can thiệp rất khoa học để quá trình để quá trình trên được tiến hành
6



nhanh hơn, mạnh hơn và biết ngưng ở giai đoạn nhất dịnh, phục vụ cho mục đích của
mình trong việc tạo ra sản phẩm là bia chứ không phải là cây lúa mạch như trong sản xuất
nông nghiệp. Tuy nhiên, xét về mặt kỹ thuật thấy có một số thiếu sót cơ bản.
 Thứ nhất : trong kỹ thuật nảy mầm, các chất khô có trong hạt sẽ bị tiêu hao. Lượng
chất khô bị tiêu hao trong quá trình này khoảng 12% so với tổng lượng chất khô có trong
hạt. sự tiêu hao này là điều khó tránh khỏi trong bất kì quá trình nảy mầm nào của hạt.
nếu so với tổng lượng thóc đại mạch được sử dụng để sản xuất bia của những nhà máy
bia trên thế giới thì lượng chất khô bị tiêu hao trong quá trình nảy mầm sẽ rất lớn.
 Thứ hai : quá trình nảy mầm của hạt là quá trình đòi hỏi thời gian cho sinh tổng
hợp các loại enzyme và quá trình chuyển hóa vật chất. quá trình này thường kéo dài
khoảng 10-11 ngày. Thời gian chi phí cho giai đoạn này không nhỏ nếu đem so sánh với
toàn bộ quá trình sản xuất bia.
 Thứ ba : do sản phẩm malt nên cần phải có một phân xưởng sản xuất malt trong
nhà máy bia. Do đó, đòi hỏi không chỉ mặt bằng sản xuất, máy móc, thiết bị cho sản xuất
mà còn đòi hỏi lao động. Tiêu hao lao động cho sản xuất malt thường chiếm 1/3 tổng tiêu
hao lao động chung của nhà máy bia.
Chính vì thế trong thời gian từ những năm 60 của thế kỷ trước đến nay, người ta đã
tìm những nguồn enzyme khác thay thế cho malt nhằm làm giảm bớt những nhược điểm
đã trình bày trên. Những enzyme được sử dụng trong sản xuất bia thay thế malt phải bảo
đảm những yêu cầu sau:
 Enzyme thay thế malt cần phải phù hợp với enzyme của malt về đặc tính tác dụng
và phải có hoạt tính mạnh hơn enzyme có trong malt. Các enzyme có trong malt bao gồm
:
- Các enzyme thủy phân tinh bột thành đường. đây là nhóm enzyme quan trọng nhất,
đóng vai trò quyết định chất lượng bia qua quá trình đường hóa, quá trình lên men.
- Các enzyme protease tham gia thủy phân protein
- Các enzyme tham gia thủy phân cellulose, hemi-cellulose.

7



 Enzyme thay thế malt phải bảo đảm cho việc lọc, lên men dịch đường, làm trong
bia, cũng như tạo ra những đặc tính bia phù hợp như tạo bọt, độ trong và tính ổn định
trong bảo quản. Sử dụng ex từ vi sinh vật là hướng nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều
nước. hướng nghiên cứu và ứng dụng này đã đạt được rất nhiều kết quả. Sau một thời
gian dài, các ứng dụng này cho thấy những ưu điểm quan trọng sau :
- Thay thế được 30-50% malt trong sản xuất bia. Khả năng thay thế malt bằng chế
phẩm enzyme từ VSV có ý nghĩa rất lớn không chỉ mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa rất
lớn về kinh tế, đặc biệt là đối với các nước không sản xuất được thóc đại mạch, giảm
ngoại tệ để nhập malt.
- Hạ giá thành sản phẩm bia.
- Giảm giá đáng kể vốn đầu tư xây dựng.
- Dịch hóa đường hóa giai đoạn lên men giai đoạn làm trong bia và ổn định chất
lượng bia sử dụng enzyme trong quá trình dịch hóa : dịch hóa là quá trình thủy phân sơ
bộ tinh bột và protein trong khối bột ở nhiệt độ cao. Ở giai đoạn này người ta thường sử
dụng enzyme amylase và protease của vi khuẩn. Các loại enzyme thu nhận từ vi khuẩn
thường có hoạt tính cao và khả năng chịu nhiệt rất tốt. Nhiệt độ cao thường làm biến tính
enzyme có trong malt. Do đó, việc bổ sung enzyme có khả năng chịu nhiệt từ nguồn vi
khuẩn là điều hết sức cần thiết. Khi người ta cho nguyên liệu thay thế (bột bắp hay bột
gạo) vào trong hỗn hợp, các loại nguyên liệu này không được thủy phân, dễ dàng tạo ra
độ nhớt cao, ảnh hưởng nhiều đến quá trình đường hóa và lên men sau này. Nếu ta cho
thêm enzyme chịu nhiệt từ nguồn vi sinh vật thì độ nhớt các nguyên liệu trên sẽ giảm, sẽ
làm tăng quá trình đường hóa và lên men sau này. Các thí nghiệm dùng 10% malt trong
dịch hóa bột bắp và sử dụng enzyme từ vi khuẩn cho thấy độ nhớt trong dung dịch bột
khi sử dụng enzyme từ vi khuẩn giảm nhiều hơn dùng malt. Hiện tượng độ nhớt giảm
cũng thấy ở bột gạo khi dịch hóa có sử dung enzyme từ vi khuẩn. Sử dụng enzyme trong
quá trình đường hóa đường hóa là công đoạn sản xuất bia rất quan trọng, trong dó lượng
đường được tạo thành sẽ quyết định khả năng lên men và chất lượng bia sau này. Chính
vì thế, nhiều nhà máy bia trên thế giới đã cho thêm enzyme với số lượng lớn trong giai
đoạn này. Các enzyme cho vào trong giai đoạn này là những enzyme vi khuẩn chịu nhiệt.

8


Ổn định khả năng lên men trong nước mu, sau khi đường hóa có chứa 90% là các chất
carbohydrat, trong số này có đến 75% đường có khả năng lên men. Phần còn lại 25% là
các loại dextrin mạch thẳng và mạch nhánh.
Khi sử dụng enzyme, chúng ta có khả năng sản xuất bia không có các dextrin dư thừa và
do chứa ít calori hơn ( ít năng lượng hơn) loại bia thông thường. mức giảm này có thể đạt
tới 25%. Các enzyme sau khi tham gia vào các quá trình đường hóa sẽ còn sót lại và lẫn
vào trong dịch lên men. Về nguyên tắc, hoạt tính còn sót lại này không ảnh hưởng gì đến
chất lượng bia, mà ngược lại chất lượng bia sau này thường tốt hơn.
Bản chất của enzyme là protein. Chúng tham gia xúc tác những phản ứng hóa sinh trong
hạt đại mạch. Từ đó biến dần những hạt đại mạch thành những hạt malt. Trong quy trình
công nghệ, enzyme chịu nhiều tác động của nhiều yếu tố khách quan, song thực tế cho
thấy ảnh hưởng mạnh nhất đến hoạt tính của enzyme là nhiệt độ, pH, nồng độ của dung
dịch.
2. Phân loại enzyme
Enzyme là những hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất
phức tạp và giữ vai trò đặc biệt trong công nghệ sản xuất bia. Trong hạt đại mạch có chứa
một lượng enzyme khá phong phú, chúng được xếp vào hai nhóm: nhóm enzyme thủy
phân và nhóm enzymee oxi hóa khử.
a. Nhóm enzyme thủy phân (Hydrolaza)
 Cacbohydraza
Nhóm enzyme này thủy phân các glucoxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân
tử hơn. Trong nhóm này có chia nhóm nhỏ là polyaza và hexozidaza.
- Hexozidaza là những enzyme tham gia xúc tác thủy phân disacharide, trisacharide
và một số glucozid khác thành các đường đơn.
- Polyaza là những enzyme thủy phân gluxit cao phân tử amylaza (diastaza) và sitaza.
+ Amylaza phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin.
Amylaza bao gồm hai enzyme là - amylaza và β - amylaza.


9


* Enzime - amylaza phân cắt các tinh bột thành glucoza và dextrin làm cho độ nhớt
của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống, chúng chỉ được hoạt hóa trong giai đoạn ngâm
và ươm mầm. Là enzyme chịu nhiệt tốt nhất, nhiệt độ tối thích là 700C, pH=5,7.
* Enzime β - amylaza tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh và hai đầu
mạch chính của amylopectin. Sản phẩm của quá trình phân cắt này là đường maltoza và
dextrin. Nhiệt độ thích hợp cho enzymee hoạt động là 630C, pH = 4.7.
+ Sitaza gồm hai enzyme sitolactaza và sitolitaza. Enzyme đầu thủy phân
hemixelluloza thành các sản phẩm trung gian, còn enzymee sau thủy phân các sản phẩm
trung gian thành các sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza. Nhờ có quá trình phân
cách này mà tế bào mới bị phá hủy tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác xâm
nhập vào và nâng cao hoạt lực.
 Proteaza
Thủy phân các sản phẩm trung gian và một số trong các chất này tiếp tục bị phân cách
đến các sản phẩm cuối cùng là acid amin và amoniac NH3.
Proteinaza thúy phân thành albumoza và pepton, chúng tiếp tục bị phân cắt thành
peptit, polypeptid. Enzyme hoạt động tốt ở pH = 4.6 - 5.0 và nhiệt độ là 500C.
Peptidaza gồm hai enzymee dipeptidaza và polypeptidaza, chúng tác động lên
dipeptid và polypeptid để phân cắt chúng thành acid amin. Enzyme này hoạt động mạnh
nhất ở pH = 7.5 và nhiệt độ là 50 - 520C. Nếu pH < 5 enzymee này trở thành vô hoạt.
Amidaza cắt nhóm amin khỏi acid amin để tạo thành acid hữu cơ và giải phóng NH 3.
Chúng có thể phá vỡ liên kết peptid (- CO-NH-) của các amin để phá hủy chúng.
 Esteraza
Enzyme này phân cắt mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ khác nhau hoặc các
hợp chất hữu cơ và vô cơ. Chúng chia làm hai nhóm: lipaza và phospataza.
- Lipaza phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các acid bậc cao.
Enzymee này được phân bố chủ yếu ở phôi và lớp alơron, nhiệt độ tối ưu cho hoạt động

là 350C, pH = 5.
- Amilophosphataza tham gia hỗ trợ thủy phân tinh bột, chúng cắt mối liên kết este
của acid phosphoric trong phân tử amylopectin nhờ vậy mà tinh bột được hồ hóa một
10


cách dễ dàng. Nhiệt độ tối ưu là 700C, pH = 5,6.
- Fitaza có chức năng phá vỡ liên kết este giữa acid phosphoric với inozit, tức là
chúng tham gia thủy phân fitin. Quá trình này đóng vai trò quan trọng vì H 3PO4 được
giải phóng sẽ làm tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường.
b. Nhóm enzymee oxy hóa khử (Decmolaza)
Nhóm enzyme này xúc tác phản ứng oxy hóa khử của quá trình hô hấp và phân giải
yếm khí gluxit, nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của tế bào.
Nhóm enzyme này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hóa và phát triển của phôi
ở giai đoạn ươm mầm.
Một số enzyme khác trong nhóm này còn tham gia vào phản ứng oxy hóa khử các hợp
chất poliphenol, protein và các hợp chất khác vì vậy chúng đã gây ảnh hưởng gián tiếp
đến các chỉ số chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm tiêu biểu là dehidraza,
oxydaza và catalaza.
Để làm ổn định chất lượng bia, người ta thường sử dụng các chế phẩm protease.
Nhiều nghiên cứu cho thấy pepsin, ficin, chế phẩm protease nấm sợi và papain đều có tác
dụng rất tốt trong quá trình ổn định chất lượng bia. Trong đó papain được ứng dụng nhiều
hơn cả. khi tiến hành lên men phụ, người ta thường cho papain vào. Kết quả của những
tác động của papain, dịch bia trở nên trong hơn và quá trình bảo quản bia, chất lượng bia
không thay đổi.
 Vai trò của enzyme protease: Nó có vai trò quan trọng trong việc tăng nhanh quá
trình sản xuất, tăng hiệu suất trích ly, thủy phân hoàn toàn các protein, làm giảm độ nhớt,
triệt tiêu nguyên nhân làm đục bia, tăng tính cảm quan cho sản phẩm
Khắc phục malt đại mạch chất lượng kém ( không có khả năng chuyển hóa hết tinh
bột thành dextrin, đường lên men...) thường dùng các chế phẩm enzyme thủy phân thuộc

hệ amilaza như Termamyl 120L hoặc SC, hệ enzymee proteaza như Neutrase 0,5L.

11


Quá trình chế biến dịch đường có mục tiêu là tìm điều kiện tối ưu chuyển nhiều nhất
có thể các chất có trong nguyên liệu đi vào dịch trở thành chất chiết của dịch đường. Để
đạt được mục đích này thì ngoài quá trình khuyếch tán đơn giản của các chất thấp phân tử
hòa tan dưới tác dụng của nhiều hệ enzyme khác nhau.

Hình 1.Cấu trúc không gian enzymee Protease
 Thủy phân fitin
Trong các hợp chất hữu cơ chưa phospho thì fitin là cấu tử chiếm nhiều nhất về khối
lượng và có ý nghĩa hơn cả trong công nghệ sản xuất bia. Cũng giống như các cơ chất
khác ở giai đoạn ươm mầm, fitin đã bị thủy phân cục bộ nhưng với tốc độ bé. Đến giai
đoạn đường hóa, quá trình này mới xảy ra với tốc độ tối đa với sự xúc tác của enzim
fitaza. Chức năng của fitaza là xúc tác phân cắt acid phosphoric khổi phân tử
amylopectin. Nhiệt độ tối ưu của enzime này là 45-500C, còn pH là 5,2-5,3. Sự thủy phân
fitin và các hợp chất hữu cơ khác chứa phospho và kèm theo đó là sự giải phóng acid
phosphoric đã làm cho độ chua định phân và tính đệm của dịch cháo tăng lên. Điều này
có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ sản xuất dịch đường, vì sự tăng độ chua dịch cháo
luoon kèm theo sự gia tăng hiệu suất đường hóa và nhiều ảnh hưởng dương tính tới dịch
đường thu được.
Thủy phân Hemixelluloza
Ở giai đoạn ươm mầm, thành tế bào của nội nhũ cơ bản đã bị biến dạng. Đến giai
đoạn đường hóa thì chúng mới thực sự bị phá hủy. Sự thủy phân Hemixelluloza mang hai
ý nghĩa: thứ nhất là cung cấp, bổ sung chất hòa tan cho dịch đường, thứ hai là phá bỏ

12



hàng rào chắn, tạo điều kiện cho các enzyme còn lại hoạt động mà không bị vướng các
chướng ngại vật.
Tham gia thủy phân Hemixelluloza là nhóm enzymee sitaza. Nhiệt độ tối ưu của
chúng là 450C còn pH là 5,0.
Biến đổi do các quá trình phi enzymee
Ngoài các quá trình enzymee xúc tác thủy phân các hợp chất cao phân tử, trong thời
gian đường hóa còn xảy ra nhiều quá trình quan trọng khác mà kết quả của chúng ảnh
hưởng trực tiếp ở mức độ cao đến thành phần và tính chất của thành phẩm.

IV. QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT
Trong quá trình nấu nguyên liệu, sự hoạt động của các enzyme có sẵn trong nguyên liệu
là rất quan trọng. Để cho các enzyme này hoạt động tốt thì trong quá trình nấu, ta phải
kiểm soát các yếu tố nhiệt độ, pH thích hợp cho từng loại enzyme để chúng tiến hành
thủy phân nguyên liệu một cách hiệu quả nhất.
1. Các biến đổi của tinh bột trong quá trình nấu dưới tác dụng của enzyme
Enzyme amylase: Hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 70 – 75 0C, pH khoảng 5,6 – 5,8 tác động
lên mạch amylose và amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit của phân tử tinh bột và
chuyển thành các destrin, một lượng nhỏ maltose và glucose.
Enzyme amylase: Hoạt động tốt ở nhiệt độ 60 – 65 0C, pH khoảng 5,4 – 5,6 tác động lên
mạch amylose và mạch nhánh amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit theo kiểu từng
đôi một và sản phẩm tạo thành là các đường maltose và một lượng nhỏ destrin.
Phương trình tổng quát:
(C6H10O5)n + n H2O  n C6H10O6
Khi nhiệt độ lên tới 80 – 85 0C thì hầu hết các enzyme ngừng hoạt động, nhiệt độ lúc này
đóng vai trò hồ hóa tinh bột, hỗ trợ yếu tố công nghệ cho giai đoạn sau. Khi nhiệt độ lên
tới 100oC thì lúc này là lúc nấu chín hoàn toàn các hạt tinh bột.
2. Quá trình đường hóa tinh bột (hay quá trình thủy phân tinh bột)
13



Được diễn qua 3 giai đoạn chính theo trình tự sau:
a. Sự hồ hóa
Khi ngâm nước nóng, một lượng nước thấm vào phân tử tinh bột làm tăng thể tích hạt,
dẫn đến trương nở, cuối cùng vỡ tung. Dịch tăng độ nhớt, tùy vào độ hút nước của bột
malt và loại nguyên liệu thay thế malt được sử dụng. Qúa trình phân hủy này diễn ra
không mang tính hóa học và gọi là quá trình hồ hóa
Sau khi hồ hóa, tinh bột không còn liên kết chặt chẽ với nhau nữa, các phân tử tinh bột
được giải phóng tự do vào dung dịch nhớt, tạo thuận lợi cho các enzyme amylase trong
dịch tác động trực tiếp với tinh bột – sự thủy phân tinh bột diễn ra nhanh hơn.
Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào tinh bột của loại hạt và cỡ to của hạt tinh bột, hạt càng
nhỏ thì nhiệt độ hồ hóa càng cao. Tinh bột gạo bị hồ hóa ở 80 – 85 0C, đây là nhiệt độ hồ
hóa cao nhất , tinh bột lúa mì bắt đầu hồ hoa ở nhiệt độ 60 – 85 0C, tinh bột khoai tây hồ
hóa ở 55 – 600C
b. Sự dịch hóa
Trong phân tử tinh bột có chuỗi mạch dài tạo nên từ các gốc glucoza (amyloza và
amylopectin) bị phá hủy nhanh chóng bởi enzyme amylase hình thành các mạch ngắn
hơn, làm độ nhớt của dung dịch giảm nhanh. Enzyme amylase chỉ có thể phân tách từ từ
mạch tinh bột từ đầu không khử, nên sự thủy phân từ enzyme này chậm.
Vậy quá trình dịch hóa làm giảm độ nhớt của dịch bột đã hồ hóa. Enzyme tác động dịch
hóa thích hợp nhất ở nhiệt độ 60 – 700C, pH = 4,6 và dễ bị phá hủy ở nhiệt độ 800C trong
thời gian ngắn.
c. Sự đường hóa
Sự thủy phân tinh bột diễn ra ở gian đoạn đường hóa chủ yếu là:
-

amylase: phân cắt các mạch dài thành destrin ngắn hơn; hoạt động tốt nhất ở nhiệt
độ 70 – 750C và pH = 5,6 – 5,8; bị vô hoạt nhanh ở 800C.

-


amylase: tạo ra maltosza từ đầu không khử của mạch, nó cũng tạo ra glucoza và
maltotrioza, hoạt động tốt ở 60 – 65 0C và pH = 5,4 – 5,6. Rất nhạy với nhiệt độ
cao hơn và mất hoạt tính ở 700C.

14


Sự thủy phân tinh bột cần được theo dõi và kiể tra liên tục, do nếu tinh bột và các destrin
mạch dài thủy phân hết sẽ gây đục dịch. Thời gian thủy phân các phân tử tinh bột cho đến
khi không phân tử tinh bột và destrin mạch dài nữa (sử dụng phương pháp dùng iod) gọi
là thời gian đường hóa.
3. Các sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành trong quá trình đường hóa và
sự liên quan đến hoạt động của nấm men
-

Destrin: không lên men được.

-

Maltotrioza: có thể lên men được bởi một số chủng nấm men nổi S.cerevisiae,
nhưng nó chỉ lên men sau khi maltoza đã lên men hết.

-

Maltoza và các disaccaride khác: được nấm men lên men dễ dàng.

-

Glucoza: là loại đường nấm men sử dụng đầu tiên khi bắt đầu lên men


4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột trong quá trình
đường hóa là rất quan trọng
Gồm các yếu tố chính:
-

Ảnh hưởng của nhiệt độ: Ở 62 – 63 0C thu được nhiều maltoza nhất và độ lên men
cuối đạt cao nhất, dịch chứa nhiều maltoza sẽ lên men nhanh hơn và nấm men hoạt
động tốt hơn bởi được giữ lơ lửng trong dịch lâu hơn. Ở 62 – 64 0C trong thời gian
dài thu được dịch cuối cao nhất, nếu vượt quá nhiệt độ tới này tới 72 – 75 0C trong
thời gian dài thì dịch có nhiều destrin và độ lên men cuối thấp hơn. Ảnh hưởng
của nhiệt độ là rất lớn nên luôn phải giữ ở các khoảng nhiệt độ tối ưu của enzyme
trong suốt quá trình nấu:
o Nhiệt độ tạo ra maltoza = 62 – 630C (nhiệt độ tối ưu của amylase)
o Nhiệt độ đường hóa ở 72 – 750C (nhiệt độ tối ưu của amylase)
o Nhiệt dộ cuối cùng của quá trình nấu 76 – 780C
Nhiệt độ càng cao thì độ nhớt giảm, càng dễ lọc dịch. Tuy nhiên để có thể đường
hóa hết tinh bột còn sót trong dịch, cần giữ nhiệt độ dưới 78 0C để tránhamylase bị
vô hoạt.

-

Ảnh hưởng của thời gian: Trong quá trình đường hóa, các enzyme hoạt động theo
hai giai đoạn độc lập.
15


o Giai đoạn 1: enzyme hoạt động mạnh nhất sau 10 – 20p, hoạt tính đạt cực
đại ở 62 – 680C.
o Giai đoạn 2: Sau 40 – 69p, hoạt tính enzyme bắt đầu giảm, tốc độ giảm từ

chậm đến nhanh.
-

Ảnh hưởng của pH: pH = 5,5 – 5,6 là tối ưu cho cả hai loại enzyme. Hàm lượng
chất chiết cao hơn khi pH tăng, tạo nhiều đường có thể lên men và độ lên men cao
hơn. Tuy nhiên, pH dịch hèm phụ thuộc thành phần nước nấu và chất lượng malt
nên thường có pH cao hơn, khoảng 5,6 – 5,9; khi đó ta phải làm giảm pH.

-

Ảnh hưởng của nồng độ dịch hèm: Với dịch hèm đặc, các chất khó hòa tan vào
dịch và enzyme khó bị vô hoạt bởi nhiệt, lượng đường có thể lên men và độ lên
men tăng. So với các yếu tố còn lại thì ảnh hưởng của nồng độ dịch hèm là thấp
hơn.

V. QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN
1. Thủy phân protein

Hàm lượng các hợp chất chứa nito trong thành phần chất hòa tan của dịch
đường chỉ chiếm khoảng 5-7%( so với tổng số chất hòa tan) nhưng chúng đóng
vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo tiến trình lên men được bình thường
và định hình khung chất lượng bia thành phẩm. Pha sản phẩm thấp phân tử của
quá trình thủy phân ( axit amin và peptit) là nguồn dinh dưỡng nito của nấm
men, pha có phân tử lượng trung bình (albumoza,pepton,polypeptid) góp phần
không nhỏ cho việc tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho
bia.
Trong công nghệ sản xuất bia, hàm lượng các hợp chất thấp phân tử chứa
nito là một chỉ số quan trọng, nhưng quan trọng và có ý nghĩa hơn là tỷ lệ giữa
các pha của sản phẩm thủy phân.


16


Mỗi một loại bia đều có yêu cầu riêng về tỷ lệ pha thấp phân tử và phân tử
lượng trung bình. Về cơ cấu thành phần của sản phẩm thủy phân protein, nói
chung là được định đoạt ở gia đoạn đường hóa.
2. Hệ enzyme và đặc điểm của quá trình thủy phân protein
Phản ứng thủy phân protein bởi enzyme thực tế đã xảy ra ở giai đoạn ươm mầm đại
mạch. Ở giai đoạn đó, phản ứng xảy ra chậm chạp, nhưng triệt để, có nghĩa làquá trình
thủy phân mang tính chiều sâu, sản phẩm tạo thành chủ yếu là các hợp chất thấp phân tử
( axit amin, polypeptide bậc thấp)dễ hòa tan bền vững trong nước.
Ở giai đoạn đường hóa, quá trình này lại tiếp tục nhưng với tốc độ cao hơn vì các điều
kiện tạo ra thích hợp hơn cho sự hoạt động của các enzyme thủy phân. Khác với tinh bột
hơn 80% chuyển hóa thành các sản phẩm dễ hòa tan, ở giai đoạn này chỉ có một lượng
khoảng 1/3 – 2/5 tổng lượng các hợp chất chứa nito được chuyển hóa thành các sản phẩm
hòa tan, phần còn lại bị thải ra ngoài theo bả malt hoặc dưới dạng kết tủa. Ở trong đại
mạch thông thường là có khoảng 1,5 – 1,6% lượng protein hòa tan( các hợp chất hòa tan
chứa nito tính theo protein) nghĩa là khối lượng của chúng chiếm 15 -16% của lượng đạm
tổng. Ở giai đoạn ươm mầm hàm lượng của chúng tăng gấp đôi khoảng 30%.
Thủy phân protein ở giai đoạn đường hóa khác với giai đoạn ươm mầm là ở thành phần
của sản phẩm tạo thành, tức là nói đến mức độ thủy phân hay bề sâu của quá trình. Thủy
phân ở giai đoạn đường hóa có mức độ thô hơn so với giai đoạn ươm mầm, sản phẩm tạo
thành chủ yếu là thuộc pha phân tử lượng trung bình (albumoza, pepton, peptid bậc cao).
Theo Kolbach thì 56% lượng đạm formol trong dịch đường là được tạo thành ở giai đoạn
ươm mầm, còn ở giai đoạng đường hóa chỉ tạo được 23% phần còn lai là 21% có sẵn
trong đại mạch. Sự khác nhau về mức độ thủy phân ở hai giai đoạn có thể được giải thích
bằng điều kiện khác nhau mà hai quá trình đó xảy ra.
Một phần trong số các sản phẩm thủy phân đã hòa tan vào dịch đường, sẽ bị biến tính
và kết tủa ngay ở giai đoạn đường hóa, một phần nữa sẽ bị biến tính và kết tủa ở quá trình
tiếp theo là đun sôi dịch đường với hoa houblon. Có ý nghĩa đối với chất lượng của bia là

phần chứa nito còn tồn tại lại ở trong dịch đường sau hai quá trình đó. Những phần còn
lại này gọi là các sản phẩm bền nhiệt của protein. Trong hợp phần này vẫn còn hai loại
17


sản phẩm : loại thứ nhất là không bao giờ kết lắng, tức là chúng tạo thành dung dịch bền
vững ; loại thứ hai tuy trước mắt nó chưa kết lắng nhưng ở một điều kiện nào đó nó sẽ kết
lắng và đây chính là nguyên nhân gây đục cho dịch đường và bia.
Ở giai đoạn đường hóa, cả protein ( protit đơn giản) hay proteid ( protit phức tạp) đều
chịu tác động phân cắt của proteaza.
Tham gia thủy phân protein ở giai đoạn đường hóa có hai loại enzyme: exopeptidaza và
endopeptidaza.
Endopeptidaza hay còn gọi là proteinaza phân cắt liên kết peptid củađại phân tử protein
để tạo thành albumoza, pepton, và polypeptide. Phản ứng tổng quát có dạng:
-- CO-NH - - COOH + - -COOH + Endopeptidaza của malt đại mạch có khả năng hoạt động mạnh hơn khi chúng tấn công
lên phân tử protein đã một lần bị biến tính. Vùng pH tối ưu của enzyme này là 4,6 đến 4,9
và có thể dao động tùy thuộc vào các thông số của cơ chất. Vùng nhiệt độ tối ưu là 50- 60
độ C. Endopeptidaza là enzyme bền nhiệt. Khả năng bền nhiệt thể hiện khi pH của môi
trường nằm trong khoảng 4,4 – 4,6. Ở nhiệt độ 50 độ C dưới tác dụng của enzyme này,
sản phẩm tạo thành từ sự thủy phân protein chủ yếu là peptid và polypeptide còn ở nhiệt
độ 60 độ C thì sản phẩm tạo thành chủ yếu là thuộc nhóm albumoza.
Exopeptidaza hay còn gọi là peptidaza là nhóm enzyme không ít hơn hai cấu tử, phân cắt
polypeptide thành dipeptide và sau đó tạo thành axit amin. Trong khi xác tác quá trình
thủy phân các mạch polypeptide, nhóm enzyme này tuần tự bẻ gãy các mối liên kết
peptid ở gần các nhóm amin ( phân ly hoặc ở gần nhóm định chức cacboxyl ( -COOH),
vấn đề phân tử lượng của cơ chất ở đây là vấn đề thứ yếu.
Nét đặc trưng chủ yếu của nhóm enzyme exopeptidaza là chúng thể hiện tính đặc hiệu rất
cao đối với cơ chất. Nhóm enzyme này bao gồm các enzyme : aminopeptidaza và
cacboxypeptidaza. Hoạt lực của enzyme thứ nhất chỉ thể hiện khi trong phân tử của cơ
chất có chứa nhóm tự do hoặc nhóm –COOH còn đối với enzyme thứ hai chỉ khi có

nhóm –COOH tự do.
Tất cả các enzyme ở nhóm enzyme exopeptidaza đều thể hiện hoạt tính tối đa ở pH 7 – 8
và nhiệt độ ở 40 – 42 độ C. Trong môi trường giàu nước hoạt lực của chúng yếu dần khi
18


nhiệt độ tăng đến 50 độ C còn ở nhiệt độ 60 độ C thì phân tử của chúng bị biến tính phi
thuận nghịch. Trong điều kiện đường hóa nguyên liệu, nhóm enzyme này rất khó hoạt
động vì pH và nhiệt độ môi trường là khá xa so với vùng tối ưu của chúng.Trong kỹ thuật
sản xuất, trước lúc tiến hành đường hóa, ta phối trộn bột nghiền với nước ở nhiệt độ 40 –
42 độ C là nhằm mục đích để cho peptidaza phân cắt protein.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ cấu sản phẩm thủy phân protein
Nói đến cơ cấu sản phẩm thủy phân protein tức là nói đến tỷ lệ về khối lượng giữa các
pha sản phẩm : thấp phân tử, phân tử lượng trung bình và cao phân tử. Mỗi một loại bia
cụ thể yêu cầu tỷ số này phải nằm trong một phạm vi xác định. Tác nhân để tạo ra tỷ số
này là hệ enzyme, vì vậy các yếu tố gây ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ enzyme cũng
chính là những yếu tố ảnh hưởng đến cơ cấu sản phẩm, đó là nhiệt độ, pH môi trường và
thời gian đường hóa.
Khi tăng độ chua tác dụng đến pH = 5,0 thì hàm lượng các hợp chất hòa tan bền vững
chứa nito, bao gồm các axit amin, peptid và pepton cùng albumoza cũng tăng. Ở một pH
xác định, việc tăng nhiệt độ đến 60 độ C sẽ dẫn đến sự gia tăng các sản phẩm hòa tan
chứa nito kết tủa với Mg. Hàm lượng đạm amin tạo thành iều nhất ở 50 độ C.

19


Thời gian đường hóa có hiệu quả nhất là 2h, vượt quá giới hạn này, sự tích lũy
sản phẩm có tăng nhưng không đáng kể. Tại những thời điểm thủy phân protein ở
giai đoạn đường hóa nên dừng 15 – 30 phút ở nhiệt độ 50 – 52 độ C và 1 – 1,5 h ở
nhiệt độ 60 – 65 độ C.


20


VI. KẾT LUẬN
Trong hầu hết lịch sử của ngành sản xuất bia rượu, sản phẩm thương mại được cung cấp
bởi những nhà sản xuất nhỏ. Những tiến bộ về khoa học kỹ thuật nhất là sự phát triển
công nghiệp việc cung cấp các sản phẩm đồ uống chứa cồn được tập trung trong những
công ty lớn. Bia là một sản phẩm chứa cồn được ưa chuộng trên toàn thế giới. Công nghệ
sản xuất bia ngày càng được nâng cao và gần như đã hoàn thiện. Bia hiện nay không còn
xa lạ với mọi người va nó đã trở thành một sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống,
đặc biệt là những bữa tiệc, hoặc cũng có thể trong những bữa ăn bình thường. Vì vậy,
việc tìm ra và phát triển công nghệ sản xuất bia là một thành quả lớn của nhân loại.
Ở nước ta, với mức dân số khoảng 80 triệu người, nhu cầu tìm kiếm công ăn việc làm và
nhu cầu giải trí, giải khát của người dân không ngừng tăng lên, đặc biệt với nguồn lợi
nhuận to lớn mà ngành công nghiệp bia có thể mang lại. Hứa hẹn trong thời gian tới sẽ có
nhiều các nhà máy bia được xây dựng, góp phần giải quyết công ăn việc làm cho nhiều
lao động, đáp ứng nhu cầu nước giải khát cho nhân dân, và ngành sản xuất bia của nước
ta sẽ tiến nhanh và đuổi kịp các nước tiên tiến trên thế giới.
21


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình Công nghệ chế biến thực phẩm – Lê Văn Việt Mẫn (Chủ biên) – NXB
Đại học Quốc gia TPHCM – 2011.
2. Công nghệ sản xuất Malt và Bia – Hoàng Đình Hòa – NXB Khoa học Kĩ thuật Hà
Nội – 2002.
Từ trang web:
3. />4. />5. />6. />7. />8. />
22