ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG SẢN XUẤT BIA

18/07/2024
Bởi Hà Thị Thái Thanh

Sự phát triển của công nghệ enzyme đã mở ra những tiềm năng vô hạn trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất bia, từ giai đoạn nấu mằm, lên men đến tinh chế. Bài viết này sẽ khám phá sâu hơn về vai trò và ứng dụng của enzyme trong ngành công nghiệp sản xuất bia, đồng thời phân tích những lợi ích và thách thức mà chúng đem lại.

ứng dụng của enzyme trong sản xuất bia

Ứng dụng của enzyme trong sản xuất bia

Giới thiệu về Enzyme trong Sản xuất Bia

Ngày nay, sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp thực phẩm hàng đầu trên thế giới nói chung. Việc sử dụng enzyme là một trong những trụ cột chính của ngành sản xuất bia và cho dù enzyme là nội sinh trong nguyên liệu hoặc được thêm vào từ các nguồn bên ngoài, việc hiểu và nghiên cứu sâu về các enzyme này là bắt buộc vì mục đích sản xuất tốt hơn và cho chất lượng cao hơn.

Enzyme là những protein sinh học có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất bia, đặc biệt là trong giai đoạn lên men. Các enzyme có khả năng tác động lên các phân tử tinh bột và protein trong nguyên liệu như lúa mạch hoặc lúa gạo, biến chúng thành các đường và axit amin cần thiết cho quá trình lên men.

Các loại enzyme được sử dụng phổ biến trong sản xuất bia

Quá trình sản xuất bia hiện đại thường sử dụng enzyme từ các nguồn khác nhau, bao gồm enzyme nội sinh hoặc ngoại sinh (thương mại). Enzyme thương mại được sản xuất từ quá trình chiết xuất và tinh chế, có thể được sử dụng cho các thuộc tính chất lượng cao như làm trong, màu sắc, cấu trúc hoặc hương vị và đôi khi bắt buộc phải sử dụng các enzyme từ nguồn bên ngoài khi lúa mạch không cung cấp đủ các enzyme để phá vỡ và thủy phân tinh bột.

Các loại enzyme trong sản xuất bia

Sử dụng enzyme giúp quá trình sản xuất bia được tối ưu hoá một cách tốt hơn

Sử dụng hiệu quả của enzyme là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng – những ly bia thơm ngon và chất lượng mà chúng ta thường thưởng thức. Hiện nay, công nghệ sản xuất bia ứng dụng 4 loại enzyme chính là: 

Beta glucanase

Beta glucanase là một trong các enzyme quan trọng trong quá trình sản xuất bia đặc biệt trong quá trình malting và nghiền. Enzyme Cellulase là chất hoạt động đầu tiên trên các hạt tinh bột vì trong bước hồ hóa, chúng thủy phân lớp ngoài của hạt tinh bột và với tác dụng của nước nóng, các hạt tinh bột được mở ra, để cho tinh bột bên trong trở thành chất nền tối ưu cho các enzyme thủy phân khác hoạt động.

β -glucanase thường thủy phân các liên kết 1-3 β -glycosidic giữa các phân tử glucose trong glucans (Polysacaride làm từ các phân tử D-Glucose). Phản ứng này là mong muốn trong sản xuất bia vì nó làm giảm độ nhớt của wort, và hỗ trợ các protease trong quá trình thủy phân các hạt tinh bột để làm cho hạt nhân mềm ra trong quá trình nảy mầm.

Thông thường, β – glucanase được tìm thấy nội sinh trong chính lúa mạch và được gọi là endo-b1, 3-1, 4-glucanase, tuy nhiên gần đây β-glucanase thương mại từ các vi sinh vật được sử dụng để sản xuất các loại bia nhẹ (ít carbohydrate) và rút ngắn thời gian chín bên cạnh các chức năng ban đầu của nó trong malting và nghiền để cải thiện chất lượng và độ sáng của bia.

Mặc dù, độ đục của bia có thể được mong muốn ở một số loại bia như craft beer, đôi khi β- glucanase được thêm vào như một bước bổ sung để làm trong bia, vì β- glucanase giúp phá vỡ hệ thống đục bằng cách thủy phân vật thể đục (protein liên kết với polyphenol, β-glucans và tinh bột). Lượng enzyme được sử dụng thương mại thường là 0,3-1 kg mỗi tấn nguyên liệu wort. β -glucanase có giá trị pH và nhiệt độ tối ưu là 6.0 và 45 – 50 °C; và làm mất màu ở 60 °C, phổ biến là 45 °C được biết đến là nhiệt độ tối ưu thấp nhất cho các enzyme thủy phân thành tế bào.

Alpha và Beta amylase

Amylase được sử dụng chủ yếu trong việc phá vỡ tinh bột (Polysacarit được tạo thành từ một số lượng lớn các phân tử alpha-glucose) thành các dextrin, oligosacarit, maltose và các phân tử glucose như là một phần của quá trình malting.

Hai loại enzyme alpha và beta amylase được ứng dụng trong quá trình sản xuất bia để chuyển hóa tinh bột thành dạng lên men của nó. Alpha amylase (α-amylase) là enzyme hydrolyase xúc tác quá trình thủy phân hai loại đại phân tử lớn của tinh bột là amylose (chuỗi thẳng của tinh bột trong hạt) và amylopectin (chuỗi phân nhánh của tinh bột trong hạt) thành các dextrin bởi bẻ gãy các  liên kết glycoside bên trong (1-4) giữa các phân tử α-glucose trong khi beta amylase xúc tác quá trình thủy phân amylose và amylopectin thành maltose bằng cách phá vỡ liên kết glycosidic bên ngoài.

Trong quá trình malting, α và β-amylase được giải phóng khỏi các hạt tinh bột sau khi các lớp bên ngoài đã bị thủy phân bởi các enzyme β-glucanase và xylanase. Cả Alpha và beta amylase tiếp tục thủy phân dung dịch tinh bột trong wort trong giai đoạn nghiền thành đường đơn giản để chuẩn bị cho quá trình lên men.

Alpha amylase cũng được sử dụng sau khi malting và nghiền trong quá trình lên men của các loại bia nhẹ vì nó được biết là giúp tăng năng suất carbohydrate có thể được lên men. Kiểm soát amylase cũng có thể đóng một vai trò rất quan trọng đối với chất lượng bia, vì tùy thuộc vào lượng amylase hoạt động và lượng tinh bột có sẵn, sẽ xác định được lượng cồn bia. Nồng độ đường trong wort càng cao, hàm lượng ethanol trong bia càng cao, điều này có thể diễn ra bằng cách sử dụng các amylase thương mại (từ Bacillus Subtilis) kèm theo một loại nội sinh và bổ sung một loại đường hoặc tinh bột, trong khi lượng đường hoặc amylase thấp dẫn đến nồng độ bia rượu thấp.

Hai enzyme amylase có giá trị nhiệt độ tối ưu khác nhau, β-amylase có pH và nhiệt độ tối ưu là 5,5 và 62,78 ° C, trong khi α-amylase có nhiệt độ tối ưu cao hơn 73,89 ° C và pH thấp hơn 5,2. Hai enzyme có thể hoạt động ở cùng nhiệt độ, tuy nhiên không có hiệu quả cao như ở nhiệt độ tối ưu và do đó ảnh hưởng đến tỷ lệ của đường lên men và không lên men.

Bất cứ khi nào sử dụng α-amylase thương mại ngoài chất nội sinh, các nhà sản xuất khuyên nên sử dụng 1-2kg enzyme cho mỗi tấn lúa mạch để hóa lỏng tinh bột tốt hơn. Tuy nhiên, đối với β-amylase, nên sử dụng liều lượng bổ sung tùy thuộc vào nguồn tinh bột vì β -amylase chủ yếu là quan trọng trong quá trình đường hóa.

Protease

Protease là lớp enzyme xúc tác quá trình thủy phân các liên kết peptide trong protein. Enzyme này được ứng dụng trong sản xuất bia vì nhiều lợi ích và hai thứ quan trọng nhất là thủy phân protein để làm trong và tạo điều kiện cho malting.

Protease làm tăng mức độ hòa tan của protein và do đó làm giảm độ nhớt của bia, ngoài ra protease tạo ra một điều kiện tốt cho sự phát triển của nấm men bằng cách cung cấp các nitơ amin tự do, cái mà cần thiết cho sự phát triển của nấm men. Trong suốt quá trình mashing, protease làm mềm lớp vỏ của hạt bằng quá trình thủy phân các protein thành tế bào, làm tinh bột tiếp xúc với các enzyme nghiền và do đó làm quá trình nghiền và lên men tốt hơn.

Protease phải được theo dõi cẩn thận trong suốt quá trình kiểm soát vì protease có thể tác động đến chất lượng bọt – một chất lượng quan trọng của bia. Protease ủ bia có nhiệt độ tối ưu là 52ºC và bị bất hoạt ở nhiệt độ từ 70 – 75 ºC. Lưu ý rằng, dù protease chủ yếu là có pH acid, nhưng người ta thấy rằng nó vẫn xúc tác ngay cả ở độ Ph cao thậm chí có thể lên tới 10.

Mặc dù, protease có mặt tự nhiên trong hạt lúa mạch, nhưng bắt buộc phải sử dụng protein thương mại để duy trì chất lượng bia mong muốn, đặc biệt khi sử dụng tinh bột có chất lượng thấp. Việc sử dụng quá liều protease có thể gây ra các tác dụng không mong muốn như suy thoái enzyme và mất độ ổn định của bọt. Hầu hết các nhà sản xuất khuyến nghị liều lượng dùng protease khoảng 0.3 đến 1kg trên một tấn lúa mạch.

Một số enzyme khác được sử dụng trong quá trình ủ bia

Trong thời đại công nghệ enzyme ngày nay, có nhiều enzyme được sử dụng trong ngành sản xuất bia để đạt được và duy trì chất lượng tối ưu của bia trong suốt quá trình xử lý, dự trữ và vận chuyển. Một số enzyme có thể được sử dụng thêm vào đến từ cùng một nhóm enzyme như ficin và papain thuộc nhóm enzyme protease và các enzyme khác được sử dụng như alpha-acetolactate decarboxylase (ALDC) thuộc nhóm enzyme lyases.

Proteases như ficin và papain được bán thương mại vì chúng được chiết xuất từ thực vật. Ficin và papain được sử dụng như các enzyme chống lạnh, trong đó chúng thủy phân các protein gây ra khói mù lạnh. Hoạt tính của enzyme chống lạnh dựa trên việc loại bỏ các polyphenol and polypeptide có trọng lượng phân tử lớn bằng quá trình thủy phân dẫn đến sự biến mất các vật thể đục.

Một enzyme khác được sử dụng trong sản xuất bia là alpha-acetolactate decarboxylase. Trong sản xuất bia quy mô lớn, bắt buộc phải giảm thời gian sản xuất để có năng suất cao hơn, alpha-acetolactate decarboxylase được sử dụng với mục đích giảm thời gian lên men dẫn đến quá trình sản xuất bia nhanh hơn mà không ảnh hưởng đến chất lượng.

Quy trình Ứng dụng Enzyme trong Sản xuất Bia

Quy trình sản xuất bia chủ yếu gồm 8 bước chính là phơi mạch, xay nghiền, tách wort,  thêm hoa bia, lên men, xử lý, lọc và đóng chai. Sau đây là chi tiết về từng bước:

quy trình ứng dụng enzyme trong sản xuất bia

Có 8 giai đoạn chính trong quy trình sản xuất bia

  • Phơi mạch (Malting)

Quá trình bắt đầu với mạch nha, trong đó các hạt (thường là lúa mạch hoặc lúa mì) được sấy khô thành malt để chuyển carbohydrate phức tạp thành dextrin và maltose thông qua ba quá trình liên tiếp đó là ngâm (14 – 18 °C), nảy mầm (16 – 20 °C) và sấy (50 – 110 ° C) bằng cách sử dụng nước, nhiệt và hoạt động của các enzyme (ví dụ: α-amylase và protease).

  • Xay nghiền (Mashing)

Sau khi malting, nước được thêm vào mạch nha trước khi nghiền để tạo độ đồng nhất mạch nha và thủy phân thêm nữa để tạo ra các loại đường đơn giản bằng quá trình xay và nghiền.

  • Tách wort (Lautering)

Sau đó, wort (kết quả của quá trình nghiền) sẽ đi qua quá trình lautering (từ tiếng Đức abläutern có nghĩa là tách wort), trong đó các hạt được tách ra từ dung dịch đường được chiết xuất trong quá trình nghiền trong bể lauter vì nó chứa các bộ lọc nhỏ chứa vỏ của các hạt trong dung dịch.

  • Thêm hoa bia (Boiling)

Trong quá trình wort được đun sôi (100 ° C) và hoa bia (lúa mạch được sấy khô) được thêm vào để cung cấp hương vị và màu sắc cho bia. Quá trình này cũng giúp khử trùng wort khỏi mọi ô nhiễm và cải thiện chất lượng và độ ổn định của bia.

  • Lên men (Fermentation)

Sau khi nấu, ủ thì wort sẽ được làm lạnh và sục thêm khí, nấm men được bổ sung vào trong quá trình lên men (6 – 25 °C), lúc này vi khuẩn men (chủ yếu là Saccharomyces cerevisiae) sẽ tiến hành lên men chuyển đổi đường thành ethanol và CO2 để sản xuất bia.

  • Xử lý (Conditioning):

Sau đó, bia được kiểm soát trong khoảng nhiệt từ ( -2 đến 0 °C) để loại bỏ các thành phần gây hại và không mong muốn, cái có thể tác động đến quá trình carbonate, hương và vị của bia. Sau đó, bia được lọc qua những tấm bảng lọc để loại bỏ các hạt rắn lơ lửng như hoa bia, hạt lúa mì, nấm men…

  • Lọc và đóng chai

Cuối cùng, bia được đóng gói trong chai, một trong những bước quan trọng trong quá trình đóng gói là loại bỏ Oxi trong sản phẩm để tránh hư hỏng và ảnh hưởng chất lượng bia. Thông qua tất cả các bước được đề cập ở trên trong quá trình sản xuất bia, các enzyme là những nhân tố chủ chốt trong việc duy trì và cải thiện sản phẩm. Vai trò của các enzyme trong sản xuất bia sẽ được đề cập bên dưới đây.

Mỗi bước trong quy trình sản xuất bia đều đóng vai trò quan trọng để đảm bảo sản phẩm bia cuối cùng có chất lượng tốt và đáp ứng được các tiêu chuẩn về hương vị và màu sắc. Quy trình này kết hợp sự phối hợp giữa các bước xử lý nguyên liệu, nấu ủ, lên men và xử lý để tạo ra sản phẩm bia thơm ngon và phù hợp với yêu cầu thị trường.

Lợi ích và thách thức của việc ứng dụng công nghệ Enzyme trong Sản xuất Bia

Lợi ích

Việc sử dụng enzyme trong sản xuất bia mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm:

  • Tối ưu hóa quá trình sản xuất: Enzyme giúp phân hủy tinh bột và protein trong nguyên liệu như lúa mạch, làm cho chúng dễ dàng tiếp cận và sử dụng bởi vi khuẩn men. Điều này cải thiện hiệu suất lên men và sản xuất cồn, giúp tăng sản lượng bia.
  • Cải thiện chất lượng sản phẩm: Enzyme cải thiện tính nhạy cảm enzymatic và khả năng tự nấu nước của lúa mạch, cải thiện tính an toàn và chất lượng của bia. Enzyme cũng giúp làm mượt và cân bằng hương vị của bia, mang đến trải nghiệm uống bia tốt hơn cho người tiêu dùng.
  • Tiết kiệm chi phí và tài nguyên: Bằng cách sử dụng enzyme, nhà sản xuất có thể giảm thiểu thời gian sản xuất và sử dụng ít nước hơn, cũng như tối ưu hóa sử dụng nguyên liệu như lúa mạch. Điều này dẫn đến giảm chi phí sản xuất và tăng cường hiệu quả kinh tế của quá trình.
  • Giảm thiểu tác động môi trường: Quá trình sản xuất bia sử dụng enzyme thường ít tốn năng lượng hơn so với các phương pháp truyền thống, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon. Điều này đóng góp vào việc bảo vệ môi trường và làm giảm các tác động xấu đối với sinh thái.
Lợi ích sử dụng công nghệ Enzyme trong Sản xuất Bia

Ứng dụng enzyme mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho quá trình sản xuất bia

Tóm lại, việc áp dụng enzyme trong sản xuất bia không chỉ tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm mà còn mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế, môi trường và người tiêu dùng.

Thách thức

Việc sử dụng enzyme trong sản xuất bia đôi khi đối diện với một số thách thức, bao gồm:

  • Điều chỉnh lượng enzyme: Việc điều chỉnh và kiểm soát lượng enzyme sử dụng là một thách thức quan trọng. Việc sử dụng quá ít enzyme có thể không đạt được hiệu quả mong muốn trong quá trình phân hủy tinh bột và protein, trong khi sử dụng quá nhiều có thể dẫn đến những ảnh hưởng không mong đợi đến chất lượng và tính chất của bia.
  • Tính ổn định của enzyme: Enzyme có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ và pH. Do đó, việc duy trì điều kiện phù hợp trong quá trình sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả.
  • Chi phí và tính kinh tế: Sử dụng enzyme thương mại có thể đòi hỏi chi phí ban đầu cao và có thể ảnh hưởng đến chi phí sản xuất bia. Tuy nhiên, nếu được sử dụng đúng cách, enzyme có thể giúp tăng hiệu suất sản xuất và giảm thiểu tổn thất, từ đó có thể giúp giảm chi phí tổng thể.
  • Quản lý chất thải: Quá trình sản xuất và sử dụng enzyme có thể tạo ra các chất thải như bã enzyme và nước thải chứa các hợp chất hữu cơ. Việc xử lý và tái sử dụng các chất thải này một cách bền vững là một thách thức quan trọng đối với các nhà sản xuất bia.
  • Yêu cầu về kiểm soát chất lượng: Để đảm bảo chất lượng và sự ổn định của sản phẩm, việc kiểm soát chất lượng enzyme và quá trình sử dụng là cần thiết. Các tiêu chuẩn chất lượng phải được đáp ứng để đảm bảo rằng enzyme không chỉ hiệu quả mà còn an toàn cho sức khỏe và phù hợp với yêu cầu sản xuất bia.
thách thức khi ứng dụng enzyme trong sản xuất bia

Cũng cần lưu ý một số thách thức khi dùng enzyme trong ngành bia

Đâu là nhà cung cấp enzyme cho ngành bia, rượu uy tín nhất hiện nay?

Biozym là một trong những nhà cung cấp enzyme hàng đầu cho ngành công nghiệp sản xuất bia và rượu, với uy tín vượt trội trong ngành. Với hơn 7 năm kinh nghiệm hoạt động, Biozym đã khẳng định được vị thế của mình như một đối tác tin cậy trong việc cung cấp các sản phẩm enzyme chất lượng cao.

Là đối tác nhập khẩu của nhiều đơn vị sản xuất enzyme lớn trên toàn cầu như VTR, Biozym cam kết mang đến cho khách hàng những giải pháp enzymatic tiên tiến nhất để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Công ty luôn đặt mục tiêu đem đến sự phục vụ chuyên nghiệp và hiệu quả, đồng thời cam kết đảm bảo chất lượng sản phẩm để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của thị trường.

Với tầm nhìn xa, Biozym không chỉ là nhà cung cấp sản phẩm mà còn là đối tác đồng hành, giúp các nhà sản xuất bia và rượu phát triển bền vững và thành công trên thị trường toàn cầu. Sự cam kết và chuyên môn của Biozym đã và đang được các doanh nghiệp đánh giá cao, làm nên thành công và uy tín của họ trong ngành công nghiệp này.

KẾT LUẬN:

Tóm lại, việc ứng dụng enzyme trong sản xuất bia không chỉ tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm mà còn mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế, môi trường và người tiêu dùng. Nếu đang có nhu cầu tối ưu hoá về chi phí sản xuất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng bia thành phẩm, nhà sản xuất hãy liên hệ ngay Biozym để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật miễn phí.


Thông tin liên hệ: 

CÔNG TY TNHH SẢN XUẤT VÀ DỊCH VỤ BIOZYM

Hãy cho biết trải nghiệm của bạn với nội dung trên

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Danh sách đánh giá (0 đánh giá)

    Bài viết mới nhất

    Bạn cần Biozym hỗ trợ ?

    Hãy để lại Số điện thoại và Email, chúng tôi sẽ liên hệ lại sớm nhất.