TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH
ĐỀ TÀI

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME
TRONG SẢN XUẤT BIA

GVHD: Th.S Đỗ Thị Hiền

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2017
Mục Lục


1. Tổng quan

Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên
men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất
sau khi lên men. Nói một cách khác, bia là loại n ước gi ải khát có đ ộ c ồn
thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc bi ệt CO2
hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ tr ợ cho quá trình tiêu
hóa, ngoài 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 đi ểm 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 thu ộc v ới s ản
lượng ngày càng tăng và đã trở ngành công nghiệp mũi nh ọn trong ngành
công nghiệp nước ta.
Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành ph ần s ử dụng
để sản xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc tr ưng c ủa bia
như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái ni ệm


Đại mạch.

Hình 2.1: Hình ảnh

hạt đại mạch

Gồm 3 bộ phận chính:
- Vỏ hạt: từ ngoài vào trong được chia làm 3 lớp: vỏ trấu, vỏ lụa
và vỏ alơron. Phần này thường chiếm 8÷15% trọng lượng hạt.
- Phôi: là cơ quan sống hô hấp của hạt. Phôi có từ 37÷50% chất
khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5÷6%
saccharose, 7÷7,5% pentozan, 6÷6,5% chất tro và một ít thành
phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít. Phôi thường chiếm
2,5÷5% trọng lượng hạt .
- Nội nhũ: chiếm 45÷68% trọng lượng hạt, phần này của hạt đại
mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong
sản xuất bia .
Malt: Malt là tên gọi của ngũ cốc nảy mầm (đại mạch, ti ểu
mạch, hạt gạo, thóc gạo, thóc mếm). Tuy nhiên ở Việt Nam
chưa trồng được đại mạch, do đó phải nhập malt từ nước
Công nghệ Enzyme nhóm 2

3


ngoài nên chi phí sản xuất tăng lên. Do vậy giá thành của từng
loại bia tương ứng với hàm lượng malt nguyên chất, từ đó
cũng một phần quyết định xem bia có ngon hay không.


2.3 Hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản đứng thứ 2 (sau đại mạch)
của công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng
dịu, hương thơm rất đặc trưng làm tăng khả năng tạo và giữ bền
bọt, làm tăng độ bền keo và độ ổn định thành phần sinh học của
sản phẩm. do những đặc tính cực kì đặc biệt như vậy nên hoa
houblon vẫn giữ một vai trò độc tôn và là nguyên liệu không thể
thay thế trong ngành sản xuất bia.

Hình 2.3: Hoa houblon

Hoa houblon có hoa đực và hoa cái riêng biệt cho từng cây, trong
sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Hoa đực không
được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất
đắng cũng rất kém.
2.4 Men bia

Đã từ lâu, trong ngành sản xuất bia, các giống nấm men đựơc chia
thành 2 nhóm:
Công nghệ Enzyme nhóm 2

5


- Nhóm nấm men nổi với các đặc tính :
+ Nhiệt độ lên men: 10÷25
+ Lên men mạnh, quá trình lên men xảy ra trên bề mặt của môi
trường. Khi quá trình lên men kết thúc, các tế bào kết chùm,
chuỗi, tạo thành lớp dày trên bề mặt cùng với bọt bia, bia tự

6


4. Enzyme amylase sử dụng trong sản xuất bia:

4.1 Cấu tạo:
Enzyme α-Amylase là proteincó phân tử lượng thấp, thường nằm trong
khoảng 50.000 đến 60.000 Dal. Có một số trường hợp đặc biệt như αAmylase từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến
130.000 Dal. Đến nay người ta đã biết rất rõ các chuỗi acid amin của 18
loại α-Amylase nhưng chỉ có 2 loại α-Amylase là taka-Amylase từ
Apergillus orysee và α-Amylase của tụy lợn được nghiên cứu kỹ về hình
thể không gian cấu trúc bậc 3. Mới đây các nghiên cứu về tính đồng nhất
của chuỗi mạch acid amin và về vùng kị nước cho thấy các chuỗi mạch
acid amin của tất cả các Enzyme α-Amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương
tự nhau.
Công nghệ Enzyme nhóm 2

7


Hình 4.1: cấu trúc không gian của phân tử α- amylaza
1

Cơ chế tác dụng:
-

α-Amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điềm rất giống nhau.
αAmylase có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm
ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một
cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả. α-Amylase không

oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose.
+ Giai đoạn 3: các poliglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên
các mạch polyglucosecolagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm
Công nghệ Enzyme nhóm 2

8


đến maltotetrose, maltotriose và maltose. Qua một thời gian tác
dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và
87% maltose. Tác dụng của α-Amylase lên amylopectin cũng
xảy ra tương tự nhưng vì không phân cắt được liên kết α-1,6
glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù
có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đường
nói trên (72% maltose và 19% glucose) còn có dextrin phân tử
thấp và isomaltose 8%.
Tóm lại, dưới tác dụng của α-Amylase, tinh bột chuyển thành
maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy
nhiên, thường α-Amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành
dextrin phân tử thấp không cho màu với Iodine và một ít
maltose. Khả năng dextrin hóa cao của α-Amylase là tính chất
đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại Amylase này
là Amylase dextrin hóa hay Amylase dịch hóa.
2

Ứng dụng trong sản xuất bia.
Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống các nước phương Tây chủ
yếu sử dụng enzim α–amylase của malt để thủy phân tinh bột trong malt ,
sau đó đến giai đoạn rượu hóa bởi nấm men Saccharomyces . Cơ sở khoa
học của việc sử dụng malt là khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang

phân huỷ, do đó đã sử dụng chúng như nguồn carbon duy nhất.
Một trong những dòng tái tổ hợp thể hiện GAM1: thủy phân
96% dextrin và 98% isomaltose trong vòng 5 ngày sau khi tăng
trưởng. Tăng trưởng, hấp thu chất nền, và hoạt động enzyme của
các chủng này là đặc trưng chính.
5.2 Giới thiệu

Dextrin là đường không lên men chính trong quá trình lên men
bia, chiếm 20-25% tổng lượng carbohydrate trong wort. Giảm
dextrin trong wort là điều kiện tiên quyết để sản xuất các loại bia
carbohydrate thấp. Số lượng lớn các enzyme ngoại sinh thủy phân
dextrin được thêm vào trước khi lên men để giải phóng đường lên
men từ dextrin trơ trong suốt quá trình ủ bia thông thường. Kỹ
thuật thay thế để sản xuất bia với dextrin giảm có thể được thiết
lập bằng cách cung cấp cho các nhà máy bia các dòng men biến đổi
gen biểu hiện các enzyme amylolytic. Giống α-amylase (ALP1) từ
Saccharomycopsis Fibuligera, gen dextranase (LSD1) từ Lipomyces
Công nghệ Enzyme nhóm 2

10


starkeyi và các gen glucoamylase (STA, SGA1,và GLA) từ
Saccharomyces diastaticus, S. cerevisiae, và S. fibuligera đã được s ử
dụng để phát triển men bia để giảm hàm lượng calo của bia. Tuy
nhiên, những nấm men tái tổ hợp này không thể phân hủy hoàn
toàn dextrin thành các loại đường có thể lên men (Hansen và c ộng
sự 1990, Liu và cộng sự, 2004, 2008, Wang và cộng sự 2010).
Các glucoamylase từ Debaryomyces occidentalis
(Schwanniomyces occidentalis) và Aspergillus awamori có các hoạt

5.3.2 Điều kiện môi trường và nuôi cấy
Môi trường YPD [1% (w / v) chiết xuất nấm men, 2% (w / v)
Bacto-peptone và 2% (w / v) glucose] được sử dụng để nhân gi ống
S. cerevisiae. Nấm men được nuôi cấy trên các đĩa YNBD [0.67%
YNB, 2% (w / v) glucose và 2% (w / v) Bacto-agar] chứa 0.35 mM
CuSO4 và sau đó chuyển sang đĩa YPDS3 [YPD chứa 2% (w / v) tinh
bột hòa tan] và ủ trong 4 ngày ở 24 0C, sau đó chúng đã được ủ
trong 2 ngày ở 400C. Các tế bào nấm men được nuôi cấy trong môi
trường YPDex hoặc YPI [môi trường YP chứa 2% (w / v) dextrin
hoặc 2% (v / v) isomaltose] ở 24 0C trong 5 ngày để khảo sát các
hoạt động glucoamylase hiện diện trong nuôi cấy bề mặt. Dextrin
dư

và

isomaltose

được

khảo

sát

bằng

phương

pháp

phenol/sulfuric acid và dinitrosalicylic acid. Tất cả các thí nghi ệm

Hoạt tính của glucoamylase được định lượng ở pH 5,5 và 40 0C
sử dụng phương pháp PGO / ODAD (Sigma). Một đơn vị hoạt động
glucoamylase được xác định như là lượng enzyme gi ải phóng 1
µmol glucose ml-1 min-1 sử dụng 0,5% tinh bột hòa tan, dextrin,
hoặc isomaltose như chất nền enzyme. Tất cả các thí nghiệm
được lặp lại ba lần và đã được tính toán thực tiễn qua các công
thức.

Công nghệ Enzyme nhóm 2

13


Hình 1: Bản đồ Plasmid của YIpSGCU2rD và YIpAGCU2rD cho th ấy
kích thước tương đối, các vị trí gi ới hạn, và vị trí c ủa ADN chèn vào. M ỗi
vector hợp thành rDNA được tuyến tính hóa bởi sự dung n ạp SacII. Các
chuỗi vector DNA vi khuẩn chứa gen marker chống lại ampicillin, ngu ồn gốc
ColE1 (pUC) và gen URA3 (5,1 kb) đã được cắt bỏ.

5.3.6 Phân tích các sản phẩm phản ứng enzym bằng ph ương pháp
HPLC
Sự nuôi cấy bề mặt (50 µl) được ủ với 0,5% isomaltose trong
dung dịch natri phosphat 0,1 M (pH 5.5, 950 µl). Sau khi b ắt đ ầu ủ,
100 µl đã được lấy ra vào các thời đi ểm đã được chỉ định và các
sản phẩm được phân tích bằng phương pháp HPLC sử dụng một
cột Rezex RSO-oligosaccharide (200 x 10 mm, Phenomenex,
Torrance, CA, USA). Các điều kiện hoạt động là 750C với nước như
pha động ở 0,3 ml min-1. Hàm lượng đường được theo dõi bằng
máy dò RI.


gen kháng G418 không có trong các băng tích hợp của các ch ủng
nấm men hữu ích thương mại (Nieto và cộng sự, 1999). Men
metallothionein được mã hoá bởi gen CUP1 và đóng một vai trò
bảo vệ các tế bào nấm chống lại các chất oxy hóa, tương quan v ới
sự ổn định hương vị bia (Jamieson 1998, Wang và cộng sự, 2010a,
b). Vì gen CUP1 có nguồn gốc từ men là marker lựa chọn ưu tiên đã
Công nghệ Enzyme nhóm 2

15


được đưa vào nấm men của ngành công nghiệp, việc sử dụng nó
trong sản xuất nước giải khát thương mại là an toàn nên thích h ợp
cho các ứng dụng công nghiệp (Wang và cộng sự, 2010a, b).
5.4.2 Sự đồng hoá của dextrin và isomaltose bởi men bia s ản xu ất t ừ
các gen GAM1 hoặc GA1
Các men biến đổi trong bia thể hiện gen GAM1 hoặc GA1 được
nuôi cấy trong môi trường có chứa dextrin làm nguồn carbon đ ể
nghiên cứu khả năng thủy phân và hấp thu dextrin. Các dòng
hoang dã (S. cerevisiae ATCC 18824 và WLP 810) cho thấy mức
sinh trưởng thấp, không thủy phân dextrin. Các men chuy ển của
men bia biểu hiện GAM1 hoặc GA1 tăng đáng kể trong môi trường
chứa dextrin. Hơn nữa, sự phát triển của các men chuy ển th ể bi ểu
hiện GAM1 xảy ra ở các mức độ tương đối cao hơn so với các bi ến
thể biểu hiện gen GA1 (dữ liệu không được hiển thị).
Kết quả này cho thấy tốc độ tăng trưởng được cải thiện trong
các men biến thể trước đây có thể tương quan với hoạt động
glucoamylase cao ở nhiệt độ nuôi cấy thấp phù hợp với men bia.
Glucoamylase mã hoá GAM1 giữ lại đến 75% hoạt động tối đa ở 20
và 25 0C, và hơn 50% ở 150C (Sills và cộng sự.1984). Các hoạt động

17


có

Bảng 1 Các hoạt động của glucoamylase trong môi tr ường không

tế
bào
tự

nhiên của men bia và các chất biến đổi của chúng

Hình. 2 Thời gian tăng trưởng, suy thoái dextrin, và hoạt động

glucoamylase ngoại bào được sản xuất bởi WLP 810 / YIpSGCU2rD (a)
và WLP 810 / YIpagCU2rD (b) tại 24 C trong môi trường YPDex.

Tăng trưởng được đo bằng những ngày khác nhau dựa trên
trọng lượng khô của tế bào, và các hoạt động glucoamylase được
đo trong môi trường nuôi cấy trên bề mặt. Các giá trị dextrin còn
lại được trình bày dưới dạng tỷ lệ phần trăm xem dextrin trong
môi trường chưa được cấy như 100%; Mg ml-1 khối lượng tế bào
(vòng tròn); U ml-1 glucoamylase hoạt động (hình vuông); %
Dextrin dư (tam giác). Dữ liệu (trung bình ± SD) được l ấy từ ba thí
nghiệm độc lập được thực hiện trong ba lần
Những phát hiện này chỉ ra rằng bước hạn chế tốc độ tăng
trưởng từ dextrin là sự suy giảm hiệu quả của dextrin đến glucose
bằng glucoamylase (Hansen và cộng sự, 1990). Để làm sáng tỏ kh ả
năng glucoamylaza glucose của WLP 810 / YIpSGCU2rD và WLP


còn lại được trình bày dưới dạng tỷ lệ phần trăm isomaltose trong
môi trường không nhiễm như 100%; Mg ml -1 khối lượng tế bào
(vòng tròn); U ml-1 glucoamylase hoạt động (hình vuông); % Dư
lượng isomaltose (tam giác). Dữ liệu (trung bình ± SD) được l ấy từ
ba thí nghiệm độc lập được thực hiện trong ba lần
Do đó glucoamylase mã hóa GAM1 của WLP 810 / YIpSGCU2rD
có hoạt tính a-1,6-debranching đáng kể và isomaltose bị thủy phân
thành glucose, trong khi glucoamylase mã hóa GA1 của WLP 810 /
YIpagCU2rD cho thấy hoạt tính rất thấp đối với a-1, 6, có th ể d ẫn
đến thủy phân chưa hoàn chỉnh của isomaltose trong nuôi cấy (Lin
et al., 1998). Theo các phân tích sản phẩm ph ản ứng enzyme b ằng
phương pháp HPLC (Hình 4), isomaltose là chất nền cho
glucoamylase mã hóa GAM1, do đó làm tăng sự giải phóng glucose
tự do với sự giảm isomaltose khi thời gian phản ứng đã qua, trong
khi glucoamylase mã hóa GA1 cho mức glucose th ấp và không có
thủy phân đáng kể isomaltose.

Hình. 4 Phân tích HPLC về các sản phẩm enzyme t ừ isomaltose b ằng

glucoamylase từ WLP 810 / YIpSGCU2rD (a) và WLP 810 / YIpagCU2rD
(b). Thời gian (h) trong ngoặc đơn cho thấy thời gian phản ứng enzym. I
isomaltose, G glucose

Công nghệ Enzyme nhóm 2

20


5.5 Kết luận

2. Công nghệ enzyme, Đặng Thị Thu, NXB Khoa học Kĩ thuật, 2012.
3. Công nghệ sản xuất Malt và bia, Hoàng Đình Hòa, NXB Khoa học Kĩ
thuật, 1998.
4. Khoa học – Công nghệ malt và bia, Nguyễn Thị Hiền, NXB Khoa học Kĩ
thuật, 2008.
5. Applycation of enzyme in brewing industry and it’s prospect, Wang Jianguo, China Brewing, 2004.
6. Construction of dextrin and isomaltose-assimilating brewer’s yeasts
for production of low-carbohydrate beer Jin Yeong Park,Ja-YeonLee,Seung-Hyun Choi,2014.
7. Enzyme in brewing, Hans Sejr Olsen, Biokemisk Forening, 2008.
8. Innovations in the brewing industry: light beer, Carlors A. Blanco, Isabel
Caballero, Rosa Barrios, and Antonio Rojas, Food sciences and nutrition,
2014.
9. Unmalted triticale cultivars as brewing adjuncts: efects of enzyme
activities and composition on beer wort quality, Jens Glatthar, Dr Jurgen J
Hrinisch, Dr Thomas Senn, Science of food and agriculture, 2004.
10. https://en.wikipedia.org/wiki/Beer.
11. http://text.123doc.org/document/3489168-ung-dung-enzyme-trong-sanxuat-bia.htm.

Công nghệ Enzyme nhóm 2

22