Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm đại mạch đến chất lượng malt và bia


 Sấy malt là quá trình làm giảm hàm ẩm của malt từ khoảng 43% xuống 5%. Phương pháp sấy cơ bản là sử dụng nhiệt độ cao. Trong quá trình sấy, malt sẽ mất mùi hăng ngái và tạo hương điển hình.

Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình sấy, ta có thể tạo ra các sản phẩm có cường độ màu và hương ở nồng độ khác nhau. Ngoài ra, phần lớn các phôi đều được loại bỏ trong quá trình sấy.
 
Mục đích chính của quá trình sấy bao gồm :
    - Giảm hàm ẩm mà vẫn đảm bảo chỉ tiêu chất lượng giống malt tươi.
    - Ngăn cản sự nảy mầm của malt để hạn chế quá trình trao đổi chất của hạt.
    - Tạo hương vị đặc trưng của malt.
 
    Quá trình sấy malt được chia làm 2 giai đoạn :
    - Giai đoạn tách nước ( predrying ): sấy malt ở nhiệt độ khoảng 500C, làm giảm hàm ẩm xuống 10%. Giai đoạn này có tác dụng duy trì hệ Enzyme trong hạt malt.
    - Quá trình sấy khô ( curing ) : Sấy ở nhiệt độ cao, giảm hàm ẩm tới điều kiện tiêu chuẩn.
 
Trong giai đoạn tách nước, các Enzyme vẫn tiếp tục biến đổi, phụ thuộc vào nhiệt độ sấy bới vì các Enzyme hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 500C, hoạt động kém hơn ở nhiệt độ cao. Điều đó có nghĩa sự biến đổi của hạt malt bị ảnh hưởng bởi tốc độ giảm hàm ẩm và thời gian sấy.
 
Trong giai đoạn sấy khô, Enzyme bị ức chế hoạt động. Mặt khác, các biến đổi lý hóa giúp hình thành màu và mùi đặc trưng của malt.
 
1. Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm đối với hệ Enzyme trong malt
 
1.1 Enzyme Amylase
 
Bảng 1. Ảnh hưởng quá trình sấy đến hoạt tính Amylase
 
Nảy mầm giai đoạn I
24h 450C khí không hồi lưu
1h   600C khí hồi lưu
1h   800C khí hồi lưu
1h   900C khí hồi lưu
Nảy mầm giai đoạn II
12h 400C khí không hồi lưu
3h   600C khí không hồi lưu
5h   840C khí không hồi lưu
% GIẢM HOẠT TÍNH
α – amylase
β - Amylase
3.3
40.0
2.6
49.6
 
Những nghiên cứu của tác giả Weith kết luận, hoạt tính của α – Amylase của đại mạch với thời gian nảy mầm tương đối ngắn sẽ không thay đổi trong quá trình sấy. Với thời gian nảy mầm kéo dài, α – Amylase sẽ giảm hoạt tính khoảng 14%. Tác động của quá trình sấy đối với β – Amylaza cũng tương tự như trên.
 
Số liệu cho thấy thời gian tách nước kéo dài ở nhiệt độ thấp sẽ hạn chế tổn thất đối với các Enzyme Amylase so với sấy ở nhiệt độ cao tron thời gian ngắn. Hơn nữa, kết quả cũng chỉ ra α – Amylaza bị bất hoạt nhiều hơn so với α – Amylase…
 
Tác giả Narziss và các cộng sự khẳng định, hoạt tính của α – Amylase tăng lên trong giai đoạn sấy 12h ở 450C. Sau khi sấy trong 8-10 giờ, hoạt tính Enzyme tăng xấm xỉ 30%. Sau khi sấy khô o83 800C trong 4 giờ, hoạt tính giảm 15% so với malt tươi cô đặc. Bên cạnh đó, hoạt tính của β – Amylase giảm rõ rệt khi sấy ở 500C. Trong giai đoạn sấy khô, hoạt tính của β – Amylase giảm xuống 50%. Như vậy, hoạt tính của hia loại Enzyme đều giảm khi sấy 4-8h ở 650C.
 
1.2 Enzyme Protease
 
Công trình nghiên cứu của Luers và Nishimura cũng như DeClerck và các cộng sự đều kết luận, rằng các Enzyme phân giải protein chỉ bị phá hủy đáng kể ở nhiệt độ trên 1000C.
 
Tác giả Weith cũng xác định rằng hoạt tín của Endopeptidase trong 4 giống malt có thời gian nảy mầm ngắn trung bình 14-21% sau khi sấy. Ngược lại đối với các giống malt có thời gian nảy mầ dài, hoạt tính của Enzyme không hề bị ảnh hưởng bới quá trình sấy.
 
Sau quá trình nảy mầm giai đoạn II, với thời gian sấy khô bình thường cho malt sáng màu, hoạt tính Peptidase giảm 44%. Do đó, Peptidase ít bị bất hoạt hơn so với Amylase trong quá trình sấy.
 
Narziss và các cộng sự đưa ra rằng hoạt tính của Endopetidase tăng khoảng 30% trong 4h sấy đầu tiên ở 500C và tiếp tục duy trì hoạt tính cho đến khi kết thúc sấy khô sau 12h. Trong quá trình  sấy khô 4h ở 800C, hoạt tính giảm xuống  20% so mới malt tươi. Ngoài ra, hoạt tính cũng thấp hơn nếu sấy ở 630C.
 
1.3 Oxydoreductase
 
Sự biến đổi của Catalase và Peroxydase trong quá trình sản xuất malt được nghiên cứu bởi Narziss và Sekin. Họ kết luận Catalase bị bất hoạt mạnh trong quá trình sấy và bị bất hoạt hoàn toàn khi sấy khô ở 90-1000C.
 
1.4 Polyphenoloxydase
 
Theo nghiên cứu của Narziss và Sekin, hoạt tính của Polyphenoloxydase không hề biến đổi trong quá trình sấy. 
Điều kiện sấy % giảm hoạt tính
12h ở 50C
12h ở 65C
Sấy khô ở 70C
Sấy khô ở 80C
Sấy khô ở 90C
Sấy khô ở 100C
50
65
75
80
87
92 
 
1.5 Lipase 
 
Tác giả Narziss và Sekin xác định rằng hoạt tính của Lipase khôị giảm trong giai đoạn tách nước, còn trong giai đoạn sấy khô, mức giảm hoạt tính phụ thuộc vào nhiệt độ sấy.
 
1.6 Glycerophosphatse,Nucleotidase, Phytase và Saccharophosphatase
 
Luers và Malsch đã nghiên cứu và đưa ra kết quả về sự biến đổi các Enzyme trên trong quá trình nảy mầm. Số liệu được thể hiện ở bảng 3.
 
1.7 Glucanase
 
Narziss và các cộng sự tìm ra rằng hoạt tính của endo - β - Glucanase không thay đổi rõ rệt khi sấy ở 50oC và chỉ giảm một chút khi sấy khô ở 80oC. Trong khi đó hoạt tính của exo – β – Glucanase giảm từ  40 đến 19 đơn vị khi sấy 12h ở 50oC và giảm xuống 18 đơn vị hoạt tính khi sấy khô trong 4h ở 80oC.
 
2. Các phản ứng sinh hóa trong quá trình nảy mầm
 
Luers và Nishimura đã nghiên cứu thấy trọng lượng của 10.000 Kg malt đã tăng lên theo nhiệt độ trong quá trình sấy.
 
Trong đó, malt sáng màu tăng 49.85 lên 51.59, còn malt sẫm tăng từ 49.45 lên 52.55 dựa trên chất khô. Nếu khối lượng trên 1000 hạt không đổi thì thể tích hạt giảm xuống.
 
 

Malt tươi

 
Malt trong quá trình sấy khô
Malt khô
Glycerophosphatse
Nucleotidase
Phytase
Saccharophosphatase
10.95
7.75
8.87
8.5
9.45
7.41
8.00
8.7
4.59
7.53
5.04
7.3
 
2.1 Phản ứng phân giải amylose và protein
 
Kolbach và Schild xác định phản ứng phân giải Amylose và Protein diễn ra trong suốt quá trình sấy. Thí nghiệm tiến hành sấy malt trong 8h ở nhiệt độ 50oC với các độ ẩm khac 1nhau. Kết quả thể hiện ở bảng 4.
 
Kết quả cho thấy Enzyme phân giải protein hoạt động tốt hơn Enzyme phân giải amylose ở hàm ẩm thấp. Hàm ẩm càng cao thì dịch chiết lên men và hợp chất Ni-tơ hòa tan tổng số càng nhiều.
 
Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy ở điều kiện hàm ẩm ổn định trong quá trình nảy mầm được thể hiện ở bảng 5.
 
Theo kết quả nghiên cứu cùa Kolbach và Schild tiến hành trên 4 điều kiện nhiệt độ và độ ẩm 23% và 42%. Cho thấy rõ khi ở hàm ẩm 42%, nhiệt độ càng tăng thì hiệu suất trích ly và tổng hàm lượng đạm Ni-tơ hòa tan cũng tăng theo tỷ lệ thuận.
 
Hơn nữa, quá trình nảy mầm của loại malt sáng màu ở điều kiện 80-90oC thì hoạt tính Amylase và Protease cũng bị mất đi.
 
Hàm ẩm (%)
43
34
24
15
Đạm tổng (mg/10g malt khô)
108
117
150
164
 
Theo nghiên cứu của Kolbach và Schild, đã phát hiện ra hàm lượng ẩm của malt sau 8h sấy ở điều kiện 500C.
 
Như vậy, hàm ẩm càng thấp thì hàm lượng đạm càng cao.
 
2.3 Sự hình thành màu và các hợp chất tạo hương
 
Màu của malt được tăng lên trong suốt quá trình nảy mầm và đặc biệt ở giai đoạn sấy, chủ yếu dựa trên phản ứng Maillard giữa đường và amin. Cho tới ngày nay, cấu trúc của chất tạo màu do phản ứng tạo thành vẫn chưa được xác định rõ ràng. Nó có thể là một polymer có khối lượng phân tử lớn, không tan trong nước nhưng tan trong một số dung môi hữu cơ. Còn các aldehyde tạo thành trong phản ứng Maillard là các chất chủ chốt cầu thành nên hương vị của bia, ví dụ isobutylaldehyde có hàm lượng đạt ngưỡng 0.9ppb. Khi nhiệt độ quá 1200C, phản ứng caramel diễn ra giữa đường và amin bậc 2. Phản ứng tạo ra một trong những chất tạo hương quan trọng cho malt và bia là maltol. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, phản ứng ngưng tụ của các đường 6 cacbon với các amin.
 
Càng nhiều đường và axit amin tạo thành trong giai đoạn nảy mầm và tách nước, càng nhiều melanoidin tạo thành trong quá trình sấy. Do đó, các giống malt Munich cần có thời gian nảy mầm dài hơn và tách nước ở hàm ẩm cao hơn so với malt pale (theo Kolbach và Schild).
 
Phản ứng malanoidin cũng làm tăng hàm lượng axit trong malt tăng lên. ức độ tăng lên cưa độ axit phụ thuộc vào hàm ẩm và nhiệt độ sấy khô. Hàm ẩm càng thấp độ axit càng cao. Ngược lại, nhiệt độ sấy khô càng cao thì độ axit cũng tăng lên bởi phản ứng giữa muối kali và các photphat.
 
Bảng 4 : Ảnh hưởng của hàm ẩm đến hoạt tính thủy phân Amylose & protein ở điều kiện nhiệt độ sấy: 500C, thời gian 8h.
 
Hàm ẩm
Hiệu suất thu hồi
42%
34%
23%
15%
16.7
14.2
11.4
11.0
% hiệu suất trích ly của malt khô
610
544
428
372
Tổng hợp chất Nitơ hòa tan
(mg/100g malt khô)
 
Bảng 5 : Ảnh hưởng của điều kiện sấy đến hiệu suất thu hồi
 
Độ ẩm 42%, thời gian sấy 8h
Nhiệt độ
200C
300C
400C
 
% hiệu suất trích ly của malt khô
12.1
13.0
14.1
17.4
Tổng hợp chất Nitơ hòa tan (mg/100g malt khô)
366
473
532
626
Độ ẩm 23%,thời gian sấy 8h
Nhiệt độ
400C
500C
600C
700C
% hiệu suất trích ly của malt khô
11.1
11.4
12.4
13.5
Tổng hợp chất Nitơ hòa tan (mg/100g malt khô)
378
428
510
496
 
3. Ảnh hưởng của quá trình này mầm đối với chất lượng malt và bia
 
Phản ứng tạo ra melanoidin trong quá trình sấy ảnh hường lớn tới màu, mùi của bia. Nhiệt độ sấy khô càng cao,màu của bia càng sẫm. Tuy nhiên, khi sp sánh với malt tươi, màu sác cửa bia làm từ malt sấy sẽ sáng hơn. Lý do là malt tươi có chứa lượng lớn các enzyme phân giải trong malt tăng lên đáng kể đồng thời tăng phản ứng tạo màu Maillard. Nitơ hòa tan và pH trong bã malt tươi cao hơn nhiều so với bã từ malt sấy. thêm vào đó, theo nghiên cứu ủa mac. William và các cộng sự, bã malt tươi chưa nhiều anthocyanogen so với malt sấy, nên có thể phỏng đoán rằng phản ứng oxi hóa các poluphenol đã xảy ra và làm bia thẫm màu thêm.
 
Quá trình sấy cũng ảnh hưởng tới các chỉ tiêu khác của bia. Kolbach tiến hành sấy malt ở nhiệt độ 70,80,900C. Kết quả cho thấy tuy chất lượng tạo bọt không khác biệt quá nhiều nhưng mùi vị lại rất khác nhau. Nhiệt độ càng cao thì hương vị bia càng  mạnh. Khi nhiệt độ là 900C, vị đắng thể hiện rõ,hương vị đặc trưng. Ngoài ra, nhiệt độ càng cao thì tổng hàm lượng đạm nitơ giảm. Ngược lại đạm tổng sẽ tăng lên cùng với sự bất hoạt enzyme phân giải Protein.
 
Theo nghiên cứu của Isebaert và các cộng sự, quá trình nảy mầm tạo malt từ những giống đạ mạch khác nhau ở những điều kiện 65-950C khi nhiệt độ tăng thì màu bia cũng tăng lên trong khi đó độ pH của dịch nước nha, chỉ số Hartong 800, hàm lượng Enzyme α – Amylase, hoạt tính diastase, khả năng nảy mầm, hiệu suất lên men biểu kiến và sự hình thành độ đục thì giảm. Khi sấy malt ở nhiệt độ 75-800C, sản phẩm bia có hương vị đặc trưng tương tự bia Pilsener. Tuy nhiên khi nhiệt độ sấy malt lên quá 850C thì bia sẽ mang vị đắng của carmen. Một số công trình nghiên cứu khác cho thấy Smethylmethinine bị phá hủy bởi nhiệt độ trong quá trình sấy. vì vậy lượng dimethylsufide hình thành từ phản ứng của methylmethionine cũng giảm. Nhiệt độ sấy khô càng cao, lượng dimethylsulfide càng thấp.
 
4.Kết luận
 
Quá trình nảy mầm của đại mạch để tạo thành malt được chia làm 2 giai đoạn : tách nước và sấy khô.
Hoạt tính của α – và β – Amylase chỉ giảm nhẹ trong quá trình tách nước. Trong quá trình sấy, β – Amylase bị ức chế mạnh hơn so với  α  – Amylase. Các Enzyme phân giải Protein chỉ bị phá hủy đáng kể khi nhiệt độ tăng quá 1000C ở giai đoạn sấy khô. Hoạt tính của Catalase bị ức chế mạnh ở giai đoạn tách nước và bất hoạt hoàn toàn khi sấy khô ở 90 - 1000C. Hoạt tính của Polyphenoloxidase  hầu như không bị ảnh hưởng. Hoạt tính của Lipase bị bất hoạt một phần tùy theo nhiệt độ sấy khô.
 
Sự phân giải protein và tinh bột phụ thuộc vào hàm ẩm và nhiệt độ sấy. Hàm ẩm càng thấp, nhiệt độ sấy càng cao,thì quá trình phân giải càng mạnh. Các Enzyme phân giải protein hoạt động ở hàm ẩm thấp tốt hơn so với Amylase. Nhiệt độ tăng cùng hàm ẩm, sự tạo thành đạm tổng cũng tăng lên. Trong quá trình nảy mầm và tách nước, lượng đường và axit amin tạo thành càng hiều,nhiệt độ sấy khô càng cao thì hản ứng Maillard diễn ra càng mạnh. Cùng với đó, độ axit trong malt càng cao. Màu sắc bia đậm hơn khi nhiệt độ sấy khô cao. Hương vị của bia lager sáng màu khi malt sấy khô ở 800C được coi là lý tưởng. Một số nghiên cứu cho thấy khả năng giữ bọt tăng lên khi sấy khô ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ sấy khô cao sẽ bất hoạt Amylase cho nên khả năng lên men bị giảm xuống. Nhiệt độ sấy cao, phản ứng maillard diễn ra mạnh khiến cho hàm lượng nitơ thấp xuống. Nghiên cứu gần đây cho thấy nhiệt độ sấy cao làm giảm lượng dimethylsulfit trong malt và bia. Tùy theo nhiệt độ và giống malt, lượng dimethylsulfit thay đổi khác nhau.
 
Quá trình nảy mầm của hạt đại mạch đóng một vai trò quan trọng đến sự hình thành của hệ Enzyme trong malt và điều đó có một ảnh hưởng lớn đến chất lượng hương vị của bia thành phẩm.
 
Biên tập và hiệu đính : PGS.TS Trương Thị Hòa.
Nguồn : Quản lý và KHCN 9/2012