Tài liệu Báo cáo công nghệ thực phẩm quá trình ươm mầm

221 1 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----™ ˜ ---- Đề tài: TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền Sinh viên thực hiện : nhóm 31 - Lớp: 02DHLTP3 1. Lê Nguyễn Hồng Phấn 2205115213 2. Trương Hoàng Ngân 2205115316 3. Nguyễn Thị Tuyết 2205115342 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền TP.HCM, MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 3 Phần 1. TỔNG QUAN VỀ HẠT ....................................................................4 1.1 Cấu tạo của hạt..........................................................................................4 1.1.1 Vỏ trấu.....................................................................................................4 1.1.2 Lớp alorone..............................................................................................4 1.1.3 Nội nhủ.....................................................................................................4 1.1.4 phôi ..........................................................................................................5 PHẦN 2. QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM..............................................................7 2.1 Bản chất khoa học của quá trình ươm mầm............................................6 2.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện của quá trình ......................6 2.3 Các biến đổi của nguyên liệu ....................................................................9 2.3.1 Sinh học....................................................................................................9 2.3.2 Hóa sinh.................................................................................................10 2.3.3 Vật lý......................................................................................................12 2.3.4 Hóa lý.....................................................................................................12 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng..............................................................................12 2.4.1 Nguyên Liệu...........................................................................................12 2.4.2 Nhiệt độ..................................................................................................13 2.4.3 Độ ẩm của hạt........................................................................................13 2.4.4 Sự thoáng khí.........................................................................................15 2.4.5 Thời gian................................................................................................15 PHẦN 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ THIẾT BỊ...........................16 3.1 Thiết bị ươm mầm dạng hình hộp chữ nhật..........................................16 3.2 Thiết bị ươm mầm dạng thùng quay......................................................17 PHẦN 4. VÍ DỤ..............................................................................................18 4.1 Ứng dụng ươm mầm trong sản suất malt bia........................................18 4.1.1 Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm đến hệ enzyme trong malt........18 a. Enzyme Amylase........................................................................................18 b. Enzyme Protease........................................................................................20 c. Õydoreuctase..............................................................................................20 d. Polyphenoloxydase.....................................................................................20 e. Lipase..........................................................................................................21 f. Glycerophosphatse,Nucleotidase, Phytase và Saccharophosphatase......21 4.1.4 Sự hình thành màu và các hợp chất tạo hương..................................22 PHẦN 5. TÀI LIỆU RHAM KHẢO.............................................................23 Sinh viên thực hiện: nhóm 31 2 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền MỞ ĐẦU Hạt là trung tâm của cây với nhiệm vụ duy trì sự sống cho loài. Hạt trước khi nảy mầm ta thường gọi là hạt giống. Nhưng hạt giống không chỉ đơn thuần là hạt giống khi con người đã khám phá ra giá trị của hạt khi nó nảy mầm. Đó là nguồn thực phẩm vô cùng dinh dưỡng và là nguồn nguyên liệu đặc biệt cho một số ngành sản xuất, nhất là công nghệ sản xuất bia và bánh kẹo. Ngũ cốc nguyên chất, đậu, quả hạch và các loại hạt giống chính là nguồn a-xít béo quan trọng nhất của thiên nhiên, đó là chất béo rất cần thiết cho sự phát triển não của trẻ nhỏ, chúng chứa lượng lớn chất đạm, các loại vitamin, chất khoáng, pacifarin (cho hệ thống miễn dịch) và auxone (giúp thiết lập tế bào cho cơ thể và ngăn chặn sự lão hóa sớm). Còn malt đại mạch lại là nguồn nguyên liệu đặc biệt cho ngành công nghệ sản xuất bia. Sự nảy mầm của hạt có thể xem là bắt đầu của quá trình sinh trưởng và phát triển. Từ hạt đang ngủ nghỉ chuyển sang trạng thái nảy mầm là cả một quá trình biến đổi sâu sắc và nahnh chóng về sinh lý và hóa sinh xảy ra trong hạt. Để biết rõ hơn về sự nảy mầm của hạt và các ứng dụng của hạt khi nảy mầm ta tìm hiểu về quá trình ươm mầm và các yếu tố liên quan đến quá trình này. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 3 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ HẠT 1.1 Cấu tạo của hạt Cấu tạo của hạt lúa bao gồm những thành phần chính sau: vỏ trấu, lớp alorone, nội nhũ và phôi. Hình 1.1 Cấu tạo hạt lúa 1.1.1 Vỏ trấu Vỏ trấu có tác dụng bảo vệ hạt chống lại tác dụng xấu của điều kiện ngoại cảnh (thời tiết, vật hại). Vỏ trấu được cấu tạo từ lớp tế bào mà thành phần chính là xenllulose và hemixellulose. Trên mặt vỏ trấu có các đường gân và nhiều lông thô ráp, xù xì. Tùy giống và điều kiện canh tác mà vỏ trấu có nhiều màu sắc khác nhau. 1.1.2 Lớp alorone Sinh viên thực hiện: nhóm 31 4 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền Lớp alorone chiếp 4 – 12% khối lượng hạt. Là lớp tế bào trong cùng của vỏ hạt tiếp giáp với nội nhũ, chiều dày của lớp alorone phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt. lớp alorone tập trung nhiều chất dinh dưỡng quan trọng: protein, lipid, muối khoáng, vitamin… 1.1.3 Nội nhũ Là phần chiếm tỉ lệ khối lượng lớn nhất trong toàn hạt trong nội nhủ tinh bột, chiếm tới gần 90%, trong khi đó toàn so với toàn hạt gạo tinh bột chỉ hạt gạo chỉ chiếm khoảng 75%. Hàm lượng protein trong nội nhủ thấp, hàm lượng khoáng và chất béo không đáng kể nhưng nhờ tinh bột cao nên có giá trị dinh dưỡng lớn. hai thành phần chính cấu tạo nên tinh bột gạo là amylose và amylosepectine, trong đó amylose đóng vai trò quyết định trong phẩm chất ăn uongs và nấu nướng của gạo. Độ trong của nội nhũ đóng vai trò quan trọng trong tính chất cơ lý, trong chất lượng xay xát của thóc. Thóc có nội nhũ trắng đục, bạc bụng thì khi xay xát có tỉ lệ gạo nguyên thấp, nấu lâu chín và cơm không ngon bằng nội nhũ trong. 1.1.4 Phôi Thường nằm ở góc nội nhũ, được bảo vệ bởi diệp tử (lá mầm), lúa là loại đơn diệp tử. Phôi chưa hầu hết các chất quan trọng như các enzyme thủy phân, protein, lipide, các vitamine cần thiết cho sự phát triển mầm cây khi có điều kiện thuận lợi là độ ẩm và nhiệt độ. Phôi chứa tới 665% vitamine B1 của hạt. Phôi có cấu tạo xốp chứa nhiều dinh dưỡng, các hoạt động sinh lý mạnh làm phôi dễ bị côn trùng tấn công trong quá trình bảo quản. Khi xay xát phôi thường bị tách, nát ra thành cám. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 5 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền PHẦN 2. QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM 1 Bản chất khoa học của quá trình ươm mầm Từ xưa đến nay, ngũ cốc luôn là nguồn lương thực quan trọng của con người. Nhóm ngũ cốc đa dạng, bao gồm đại mạch, lúa mì, lúa mạch, lúa miến, lúa gạo, bắp… khi ngũ cốc nảy mầm ta sẽ thu được sản phẩm malt. Hiện nay trên thế giới malt đại mạch là sản phẩm phổ biến nhất và được sản xuất nhiều nhất khi so sánh với các loại malt ngũ cốc khác. Quy trình sản xuất malt gồm nhiều công đoạn: làm ướt hạt ngũ cốc, ươm mầm, sấy khô hạt và tách mầm. Sau công đoạn ươm mầm, chúng ta sẽ thu được bán thành phẩm là malt xanh (green malt). Trong một số trường hợp người ta dùng malt xanh làm nguyên liệu để sản xuất ra một số sản phẩm công nghiệp khác. Tuy nhiên, do độ ẩm cao nên thời gian bảo quản malt xanh là rất ngắn. Malt xaanh thường được sử dụng ngay sau khi ươm mầm. nếu malt xanh được đem sấy đến độ ẩm 3 – 4% và tách bỏ mầm thì sẽ được gọi là malt thành phẩm. Thời gian bảo quản malt thành phẩm có thể kéo dài đến hai năm. Hiện nay, người ta sản xuất ra rất nhiều loại malt từ đại mạch như malt đen, malt vàng, malt acid, malt protease, malt caramen… Thành phần hóa học và mục đích sử dụng của các loại malt này rất khác nhau. Ươm mầm là một công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất malt. Đây là một quá trình sinh học. Cơ sở khoa học của quá trình ươm mầm dựa trên sự trao đổi chất và sinh trưởng của các hạt hòa thảo. Kết quả là làm xuất hiện lá mầm, rễ mầm và gây ra một số biến đổi về thành phần hóa học và cấu trúc bên trong hạt. Tùy theo mục đích sử dụng malt mà các nhà sản xuất sẽ thay đổi các thông số công nghệ trong quá trình ươm mầm để có được những biến đổi cần thiết diễn ra bên trong hạt hòa thảo. 2.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện quá trình Trong malt chứa nhiều loại enzyme khác nhau như amylase, protease, hemicellulase và một số loại enzyme khác, trong đó nhóm amylase có hoạt tính cao vượt trội hơn hẳn so với những enzyme còn lại. Trước đây người ta sử Sinh viên thực hiện: nhóm 31 6 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền dụng malt như là một chế phẩm enzyme trong ngành công nghiệp sản xuât ethanol và mạch nha từ các nguồn nguyên liệu tinh bột. Cần lưu ý là ngoài enzyme , trong malt còn có chứa một lượng lớn cơ chất tinh bột và protein. Những thành phần này cũng góp phần làm tăng hàm lượng chất chiết trong dịch thủy phân, từ đó làm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm. Một số cơ sở sản xuất chỉ sử dụng malt như là nguồn nguyên liệu duy nhất để sản xuất ethanol và mạch nha. Hiện nay các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật xuất hiện ngày nhiều. Hoạt tính enzyme trong các chế phẩm vi sinh vật thường cao hơn hẳn so với hoạt tính enzyme trong malt. Do đó, các nhà sản xuất ít khi sử dụng malt như là một chế phẩm enzyme. Trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol và mạch nha từ tinh bột, người ta dùng các chế phẩm amylase từ vi sinh vật để thay thế malt xúc tác phản ứng thủy phân. Tuy nhiên, malt đại mạch vẫn được xem là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bia trên thế giới. Tại một số địa phương người ta vẫn tiếp tục sử dụng malt ngũ cốc làm nguyên liệu để sản xuất một số loại mạch nha truyền thống. Malt vừa là nguồn cung cấp cơ chất vừa là nguồn cung cấp enzyme để thực hiện quá trình thủy phân cơ chất. Quá trình ươm mầm ngũ cốc có hai mục đích công nghệ: - khai thác: trong quá trình ươm mầm, nhiều enzyme trong hạt ngũ cốc sẽ được hoạt hóa. Ngoài ra, hạt cũng sẽ tổng hợp thêm một số enzyme mới để phục vụ cho quá trình sinh trưởng. Trong sản xuất bia và mạch nha, chúng ta sẽ sử dụng nhóm enzyme thủy phân của malt để xúc tác cho những phản ứng thủy phân cơ chất. - chuẩn bị: những cơ chất có phân tử lượng lớn như tinh bột, protein… Trong hạt ngũ cốc sẽ bị thủy phân một phần trong quá trình ươm mầm. Nhờ đó, trong quá trình nấu dịch nha sản xuất bia hoặc trong sản xuất mạch nha, việc thủy phân cơ chất tinh bột trong malt sẽ trở nên dễ dàng hơn. Như vậy, Sinh viên thực hiện: nhóm 31 7 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền quá trình ươm mầm ngũ cốc được xem như là giai đoạn tiền xử lý cơ chất để chuẩn bị cho quá trình chế biến malt tiếp theo. 2.3 Các biến đổi của nguyên liệu 2.3.1 Sinh học: Trong quá trình ươm mầm ngũ cốc có hai biến đổi sinh học quan trọng là sự trao đổi chất và sự sinh trưởng của hạt. - Sự trao đổi chất: tùy thuộc vào điều kiện ươm mầm mà sự trao đổi năng lượng của hạt xảy ra theo chiều hướng hô hấp hoặc lên men. Khi oxi được cung cấp đầy đủ, hạt sẽ hô hấp. Sản phẩm cuối của quá trình hô hấp từ đường là khí carbonic, nước và năng lượng. Chúng ta cần phân biệt hai dạng năng lượng: năng lượng sinh học ATP sẽ được hạt sử dụng cho sự trao đổi chất của nó và năng lượng nhiệt sẽ được thải ra bên ngoài môi trường trong quá trình ươm mầm. Nếu oxi không được cung cấp đầy đủ thì hạt sẽ lên men. Theo Kalunhans và cộng sự (1992) thì sản phẩm cuối của quá trình lên men từ đường trong hạt đại mạch là ethanol, khí carbonic và năng lượng. Cần lưu ý là năng lượng tạo ra trong điều kiện lên men thấp hơn nhiều so với điều kiện hô hấp. Ngoài ra, khi hàm lượng ethanol tích lũy bên trong hạt lên đến 0,1% thì có thể gây ức chế sự sinh trưởng của hạt và ảnh hưởng xấu đến chất lượng malt thành phẩm. Trao đổi chất gồm hai quá trình: dị hóa và đồng hóa. Trong quá trình dị hóa, hạt sẽ sử dụng những chất dự trữ, phân giãi chúng thành những chất trung gian và năng lượng ATP. Còn trong quá trình đồng hóa, hạt sẽ sử dụng các chất trung gian và năng lượng ATP do dị hóa để tổng hợp những chất mới và những cơ quan mới cho hạt. - Sự sinh trưởng: sự sinh trưởng của hạt được thể hiện qua sự phát triển của rể mầm và lá mầm. Tùy theo mục đích sử dụng, người ta sẽ kết thúc quá trình ươm mầm dựa trên chiều dài của rễ mầm và lá mầm. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 8 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 2.3.2 Hóa sinh: Trong quá trình ươm mầm hạt đại mạch, các chất kích thích sinh trưởng như acid giberillic và giberillic A được tạo thành bên trong hạt. Từ đó, nhiều nhóm enzyme trong hạt được hoạt hóa và sinh tổng hợp. Trong giai đoạn tiếp theo, các enzyme này sẽ tham gia xúc tác phản ứng chuyển hóa các cơ chất trong hạt và làm thay đổi thành phần hóa học và độ xốp của hạt. - β – amylase: người ta cũng tìm thấy sự có mặt của β – amylase trong hạt đại mạch chưa qua ươm mầm. Theo Narsiss (1980) thì enzyme này tồn tại trong hạt ở dạng tự do và dạng liên kết với các phân tử protein qua cầu disulfide. Trong quá trình ươm mầm, các phân tử β – amylase ở dạng liên kết sẽ được giải phóng và hoạt hóa. β – amylase xúc tác phản ứng thủy phân liên kết α – 1,4 glycoside của phân tử tinh bột từ đầu không khử, tạo sản phẩm maltose. Đường maltose sẽ tiếp tục bị phân giải bởi hệ enzyme khác để tạo ra năng lượng sinh học phục vụ cho quá trình trao đổi chất của hạt. - α – amylaze: enzyme này chỉ xuất hiện trog quá trình ươm mầm hạt. trong quá trình hạt nảy mầm, 7% amylaze được tìm thấy trong phôi và 93% còn lại là nội nhủ. α – amylaze xúc tác phản ứng thủy phân liên kết α,1 – 4 glucoside tại vị trí ở giữa mạch phan tử tinh bột. nhờ đó mà cấu trúc hạt tinh bột trở nên xốp hơn so với trong hạt chưa qua nảy ươm. Thực tế cho thấy do tinh bột đã được thủy phân sơ bộ trong quá trình ươm mầm bởi enzyme α – amylaze nên quá trình hồ hóa, dịch hóa tinh bột trong hạt sẽ xảy ra dễ dàng và nhanh hơn so với hạt chưa qua ươm mầm. - protease: Ngouwif ta tìm được nhiều loại protease khác nhau trong hạt nảy mầm. chúng được chia thành hai nhóm: endoenzyme và exoenzyme. Các endoprotease trong hạt đậu gồm có sulfhydryl protease (có chứa nhóm –HS trong tâm hoạt động) và mentallo - protease (có chứa ion kim loại tại tâm hoạt động). chúng xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí giữa mạch phân tử protein. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 9 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền Các exoprotease trong hạt đậu gồm có carboxipeptidase, aminopeptidase và dipeptidase. Hai enzyme đầu xúc tác phản ứng thủy phân liên kết tại vị trí đầu mạch carboxyl và amino của phân tử protein để giải phóng ra acid amin tự do. Dipeptidase thủy phân dipeptide. Một số phân tử protein trong scutellum và trong lớp aleurone sẽ được thủy phân trước. sau đó, một số phân tử protein trong nội nủ mới bị thủy phân. Sự thủy phân protein bởi hệ protease trong quá trình ươm mầm giữ một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của hạt. Sản phẩm thủy phân là acid amin, peptide mạch ngắn, polypeptide. Phần lớn các acid amin sẽ được hạt sử dụng để tổng hợp các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm. một số acid amin chưa được sử dụng, các peptide và polypeptide sẽ ở lại trong giá. Chính vì thế mà hàm lượng nitơ amin tự do trong giá luôn cao hơn trong hạt đậu. - β – glucanase: hoạt tính β – glucanase tăng lên trong quá trình ươm mầm. có hai nhóm enzyme chính là endo-1,3-β–D-glucanase và do-1,4-β–D – glucanase. Chúng xúc tác thủy phân liên kết β-1,3-glucoside và β-1,4–glucoside tại vị trí giữa mạch phân tử β-glucan. Các hạt tinh bột trong ngũ cốc nằm tập trung ở nội nhủ. Mỗi hạt tinh bột được bao bọc bởi một lớp màng với thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Các hạt tinh bột được kết dính với nhau nhờ protein. Như vậy hoạt động của nhóm β – glucanase giữ vai trò quan trọng trong việc phá các phản ứng hóa sinh bên trong hạt, vừa là một chất tham gia phản ứng thủy phân. - Phosphatase: Enzyme này xúc tác các phản ứng giải phóng photphate ra khỏi các hợp chất hữu cơ trong hạt đại mạch. - Các enzyme khác: trong quá trình ươm mầm, người ta thấy xuất hiện nhiều loại enzyme khác trong hạt đại mạch như invertase, maltase, lipase, catalase, peroxydase… chúng cùng tham gia xúc tác các phản ứng trong quá trình dị hóa và đồng hóa hạt ngũ cốc. Tuy nhiên hàu hết các enzyme này sẽ bị vô hoạt trong quá trình sây malt. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 10 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 2.3.3 Vật lý: Nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong quá trình ươm mầm ngũ cốc. Điển hình là sự xuất hiện các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm đã làm cho hình dạng của hạt thay đổi. Cấu trúc của hạt trở nên xốp hơn, tỷ trọng hạt thay đổi đôi chút do có sự phân giãi và chuyển hóa các thành phần cơ chất bên trong hạt. Ngoài ra, nhiệt độ của khối hạt trong quá trình ươm mầm sẽ gia tăng do hiện tượng tỏa nhiệt trong quá trình trao đổi chất của hạt. Lưu ý, những thay đổi về đội xốp của hạt sẽ tạo nên những ảnh hưởng có lợi trong quá trình chế biến malt để tạo ra các sản phẩm khác. Ví dụ như sản xuất bia và mạch nha từ malt thì quá trình nghiền và thủy phân cơ chất trong malt diễn ra dễ dàng hơn. 2.3.4 Hóa lý: Biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình ươm mầm là sự bốc hơi nước do sự trao đổi năng lượng làm tăng nhiệt độ của khối hạt. Nếu độ ẩm của khối hạt bị giảm đi quá mức thì sẽ làm chậm tốc độ của các phản ứng thủy phân và sinh tổng hợp các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm.Cần ổn định độ ẩm của khối hạt trong quá trình ươm mầm. 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng 2.4.1 Nguyên liệu: Các loại ngũ cốc như đại mạch, lúa mạch, lúa gạo… có các thành phần hóa học khác nhau. Do đó nếu chúng ta thực hiện quá trình ươm mầm các nguyên liệu nói trên trong cùng điều kiện thì chất lượng malt thành phẩm sẽ rất khác biệt nhau. Cần chú ý hoạt tính enzyme, đặc biệt là hoạt tính amylase thu được trong quá trình ươm mầm đại mạch thường cao hơn hẳn so vói các loại ngũ cóc khác. Hạt tinh bột trong đại mạch có cấu trúc khá xốp. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đại mạch là 57-650C và thấp hơn so với nhiệt độ hồ hóa của các loại ngũ cốc khác. Do đó, trong quá trình ươm mầm đại mạch, phần tinh bột trong nội nhũ đễ bị amylase tấn công hơn, cấu trúc nội nhũ bị biến đổi nhiều hơn. Người ta Sinh viên thực hiện: nhóm 31 11 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền cho rằng đây là giai đoạn tiền thủy phân cơ chất để giúp cho quá trình tiền thủy phân tinh bột malt đại mạch trong sản xuất bia và mạch nha diễn ra nhanh và triệt để hơn. Lúa gạo là loại ngũ cốc phổ biến ở nước ta. Các nghiên cứu trước đây cho thấy hoạt tính amylase trong malt lúa gạo thấp hơn nhiều so với malt đại mạch. Ngoài ra hạt tinh bột gạo có kích thước nhỏ và độ xốp kém nên khó bị amylase “tấn công” trong quá trình ươm mầm hạt. nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo rất cao ( 61-780C). Đó là lý do vì sao hiện nay người ta không sử dụng malt lúa gạo trong sản xuất bia và mạch nha. 2.4.2 Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ và mức độ biến đổi của các quá trình sinh học và hóa sinh. Nếu thực hiện quá trình ươm mầm ở 10-15 0C thì chất lượng malt đại mạch thu được rất tốt nhưng thời gian ươm mầm kéo dài, làm tăng chi phí năng lượng và giảm năng suất sử dụng các thiết bị ươm mầm. Ngược lại, nếu ươm mầm ở nhiệt độ phòng (25-30 0C) thì hệ vi sinh vật trong hạt phát triển rất mạnh và có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của malt thành phẩm. Hiện nay, nhiệt độ ươm mầm khuyến cso trong sản xuất malt vàng thường dao động trong khoảng 14-16 0C. Tùy theo thành phần hóa học và tính chất vật lý của nguyên liệu mà mỗi nhà máy sẽ xác định giá trị nhiệt độ ươm mầm phù hợp. Theo Narsiss (1980) thì nhiệt độ ươm mầm đâị mạch trong những ngày đầu tiên có thể lên đến 17-180C. Khi đó mầm sẽ phát triển nhanh và quá trình sinh tổng hợp enzyme trong hạt cũng được thúc đẩy. Tuy nhiên, trong những ngày tiếp theo cần giảm nhiệt độ về 10-130C để ức chế sự phát triển của mầm, hạn chế sự tổn thát chất khô bên trong hạt. Ở nhiệt độ này các enzyme tiếp tục thủy phân một phần cơ chất của hạt để hoàn tất giai đoạn tiền xử lý cơ chất, chuẩn bị cho quá trình thủy phân nguyên liệu trong sản xuất bia và mạch nha. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 12 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 2.4.3 Độ ẩm của hạt: Các biến đổi bên trong của hạt sẽ diễn ra mạn mẽ khi độ ẩm của hạt xấp xỉ 30%. Tuy nhiên để sự nảy mầm xảy ra đồng đều bên trong khối hạt , đồng thời để quá trình hoạt hó và sinh tổng hợp enzyme trong hạt diễn ra tốt thì độ ẩm của hạt phải dao động trong khoảng 44-48% (Kanlumhans, 1994). Cần chú ý trong quá trình ươm mầm , nước vừa là dung môi giúp xảy ra các phản ứng hóa sinh bên trong hạt, vừa là mộia phảnt chất tham gia phản ứng thủy phân. 2.4.4 Sự thoáng khí: Trong điều kiện có oxy thì hạt sẽ hô hấp hiếu khí và sinh tổng hợp ra nhiều năng lượng sinh học. Nhờ đso mà lá mầm và rễ mầm sẽ phát triển nhanh đồng thời sự hoạt hóa và sinh tổng hợp enzyme cũng được tăng cường. Còn trong điều kiện không có oxy, hạt sẽ sinh năng lượng theo con đuognừ lên men. Khi đó các cơ chất mới như lá và rễ mầm sẽ phát triển chầm do bị ức chế bởi ethanol sinh ra từ quá trình lên men. Để đánh giá mức độ thông khí trong quá trình ươm mầm, các nhà sản xuất quan tâm đến giá trị hệ số hô hấp. Đó là tỷ lệ số mol CO2 do khói hát sinh ra so với số mol oxy được sử dụng trong quá trình ươm mầm. Nếu hệ số hô hấp bằng 1 thì khói hạt hô háp hiếu khí. Còn nếu hệ số hô hấp lớn hơn 1 thì khói hạt sinh tổng hợp nangư lượng theo con đường lên men. Thông thường, trong những ngày lên men đầu tiên, người ta sục không khí qua khối hạt để đảm bảo hệ số hô hấp của khối hạt xấp xỉ bằng 1. điều này sẽ gúp cho lá và rễ mầm phát triển nhanh, hoạt hóa và sinh tổng hợp enzyme trong hạt. Khi lượng enzyme tích lũy trong hạt đã đạt mức yêu cầu, người ta thường giảm lưu lượng khí cung cấp để làm tăng hệ số hô hấp của khói hạt. Hiện tượng này gây ức chế tốc độ phát triển của lá mầm và rễ mầm, do đó hạn chế sự tổn thất chất khô trong hạt. Trong những ngày ươm mầm tiếp theo, người ta sẽ hạn chế sự thông khí và tạo điều kiện cho hệ enzyme vừa được sinh tổng hợp thực hiện phản ứng thủy phân một phần cơ chất trong hạt để hoàn tất giai đoạn tiền xử lý cơ chất trong hạt Sinh viên thực hiện: nhóm 31 13 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 2.4.5 Thời gian: Quá trình ươm mầm đại mạch để sản xuất malt vàng thường kéo dài 6-7 ngày. Tùy theo chất lượng nguyên liệu đầu vào và mức độ thủy phân cơ chất của hạt mà người ta sẽ hiệu hỉnh lại thời gian ươm mầm. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 14 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền PHẦN 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ THIẾT BỊ Trước đây, quá trình ươm mầm thường được thực hiện trên sàng ươm. Phương pháp này thường tạo ra malt thành phẩm chất lượng tốt nhưng tốt nhiều diện tích nhà xưởng và lao động thủ công. Hiện nay, quá trình ươm mầm đã được cơ giới hóa và tự động hóa. Các nhà máy sản xuất malt trên thế giới thường sử dụng thiết bị ươm mầm dạng hình hộp chữ nhật. 3.1 Thiết bị ươm mầm dạng hình hợp chữ nhật Hình 2.1 Thiết bị ươm mầm dạng hình hộp chữ nhật 1. sàng lưới 2. cánh khuấy đảo trộn khối hạt 3. thân thiết bị Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật. tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài của mựt đáy thường là 1:4 hoặc 1:8. mặt đáy được bố trí hơi nghiêng để dễ tháo nước trong quá trình về sinh thiết bị. Thành thiết bị có chiều dày từ 0,15 – 2m có một sàng lưới được làm bằng thép không rỉ. Tổng diện tích phần đục lỗ so Sinh viên thực hiện: nhóm 31 15 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền với tổng diện tích sàng lưới không thấp hơn 20%. Người ta sẽ đỗ khối hạt nguc cốc lên sàng lưới này để thực hienj quá trình ươm mầm. chiều cao của khối hạt bên trong thiết bị có thể dao động từ 0,2 – 2,5m. Phía bên trên thiết bị là hệ thống gái đỡ để lắp cánh khuấy. Khi cánh khuấy hoạt động, khối hạt sẽ được đảo trộn để đuổi nhiệt và CO2 sinh ra trong quá trình ươm mầm. Để cung cấp oxy cho khối hạt, người ta sẽ thổi không khí có độ ẩm 99% và nhiệt độ thích hợp từ phía bên dưới sàng lưới theo hướng đi lên. Phần không khí này sẽ lần lượt đi qua sàng lưới và khối hạt rồi theo một đường dẫn để thoát ra môi trường bên ngoài. Hiện nay năng suất hoạt động của thiết bị dạng này thường dao động trong khoảng 10 – 150 tấn hạt/mẻ. 3.2 Thiết bị ươm mầm dạng thùng quay Thiết bị được chế tạo bằng thép không rỉ, thân thiết bị có dạng hình trụ (7) nằm ngang và được đặt trên cặp con lăn (9). Bên trong thiết bị có sàng lưới (10) và được chia thành hai khoang lớn và nhỏ. Khối hạt được cho vào bên trong khoang lớn của thiết bị qua cửa (6) và nằm trên sàng lưới (10). Không khí sẽ được thổi vào thiết bị qua cửa (1) ở đầu hình trụ bên trái, đi qua kênh dẫn giữa hai tấm chặn (2) và (3) rồi đi vào khoang bên dưới sàng lưới (10) và khói hạt, rồi theo cửa thoát (8) để đi vào kênh dẫn giữa hai tâm chặn (2) và (3) và cuối cùng sẽ thoát ra ngoài thiết bị qua ống dẫn (1) nằm ở phần đầu hình trụ bên phải. Thể tích khói hạt có thể chiếm đến 50% thể tích của thiết bị. Để đảo trộn khối hạt trong quá trình ươm mầm, người ta cho thiết bị hình trụ quay xung quanh trục của nó. Thời gian quay một vòng mất từ 25 – 45 phút. Ưu ddiierm lớn nhất của thiết bị ươm mầm dạng thùng quay là có thể đảo trộn khối hạt trong điều kiện nhẹ nhàng và không làm tổn thương phần rễ mầm của các hạt. Năng suất hoạt động của thiết bị ươm mầm dạng thùng quay thường từ 15 – 25 tấn/mẻ. Sinh viên thực hiện: nhóm 31 16 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền PHẦN 4. VÍ DỤ 4.1 Ứng dụng ươm mầm trong sản suất malt bia 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. 4.1.1 Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm đến hệ enzyme trong malt a. Enzyme Amylase Bảng 1. Ảnh hưởng quá trình sấy đến hoạt tính Amylase Nảy mầm giai đoạn I Nảy mầm giai đoạn II 24h 450C khí không hồi lưu 12h 400C khí không hồi lưu 1h 600C khí hồi lưu 3h 600C khí không hồi lưu 1h 800C khí hồi lưu 5h 840C khí không hồi lưu 1h 900C khí hồi lưu % GIẢM HOẠT TÍNH α – amylase 3.3 2.6 β - Amylase 49.6 40.0 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 45 0C. Sau khi sấy trong 8-10 giờ, hoạt tính Enzyme tăng xấm xỉ 30%. Sau khi sấy khô o83 80 0C trong 4 giờ, hoạt tính Sinh viên thực hiện: nhóm 31 17 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 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 48h ở 650C. b. 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 mầm 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. c. 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. d. Polyphenoloxydase Theo nghiên cứu của Narziss và Sekin, hoạt tính của Polyphenoloxydase không hề biến đổi trong quá trình sấy. Điều kiện sấy Sinh viên thực hiện: nhóm 31 % giảm hoạt tính 18 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền 12h ở 50C 50 12h ở 65C 65 Sấy khô ở 70C 75 Sấy khô ở 80C 80 Sấy khô ở 90C 87 Sấy khô ở 100C 92 e. 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. f. 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. g. 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 80 oC. 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. 4.1.2 Sự hình thành màu và các hợp chất tạo hương Độ ẩm 42%, thời gian sấy 8h Nhiệt độ 200C % hiệu suất trích ly 12.1 của malt khô Tổng hợp chất 366 300C 13.0 400C 14.1 17.4 473 532 626 Nitơ hòa tan (mg/100g malt khô) Độ ẩm 23%,thời gian sấy 8h Nhiệt độ 400C Sinh viên thực hiện: nhóm 31 500C 600C 700C 19 Quá trình ươm mầm Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền % hiệu suất trích ly 11.1 11.4 12.4 13.5 của malt khô Tổng hợp chất 378 428 510 496 Nitơ hòa (mg/100g tan malt khô) 4.1.3 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 65-95 0C khi nhiệt độ tăng thì màu bia cũng tăng lên trong khi đó độ pH của dịch nước nha, chỉ số Hartong 80 0, 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 75800C, sản phẩm bia có hương vị đặc trưng tương tự bia Pilsener. Tuy nhiên khi Sinh viên thực hiện: nhóm 31 20