Khái niệm cơ bản về Enzyme
Enzyme có bản chất là một protein phức tạp. Enzyme là sản phẩm tự nhiên, có mặt trong tất cả các sinh vật sống. Chúng đóng vai trò là chất xúc tác để tăng tốc các phản ứng sinh hóa; chúng rất quan trọng đối với khả năng tiêu hóa thức ăn và tạo ra năng lượng cho phép chúng ta hoạt động hàng ngày. Hoạt động của một enzyme có thể làm tăng tốc độ phản ứng ít nhất một triệu lần.
Enzyme là những chất hỗ trợ chế biến - chúng chỉ hoạt động với (-> khi và chỉ khi có) cơ chất phù hợp. Khi enzyme hoàn thành xong công việc, nó bị vô hiệu hóa, trở thành một protein khác (-> Khi enzyme phản ứng với hết các cơ chất, nó biến đổi cấu trúc thành một protein khác và bị vô hiệu hóa.)
Các enzyme được phát triển và sản xuất bởi các nguồn vi sinh vật không biến đổi gen (Non-GMM/công nghệ sinh học cổ điển) hoặc bằng cách sử dụng công nghệ sinh học hiện đại để biến đổi gen một vi sinh vật (-> để chọn lựa và tổng hợp các gen tốt ở các vi sinh vật) (GMM hoặc GEM/công nghệ sinh học hiện đại). Đối với phương pháp thứ hai, có hai cách tiếp cận cơ bản: một là liên quan đến việc chuyển gen từ vi sinh vật này sang vi sinh vật không liên quan khác - được gọi là tái tổ hợp dị hợp; thứ hai là bằng cách tự nhân bản, theo đó một số bản sao của gene được đưa vào vi sinh vật ban đầu. Một enzyme là một protein, nó không phải là gen và do đó, bản thân nó không thể biến đổi gen.
Vai trò của Enzyme trong quá trình thay thế nguyên liệu sản xuất Bia.
Malt đại mạch là nguồn nguyên liệu truyền thống để sản xuất bia. Quá trình sản xuất malt đã kích hoạt các enzyme có trong nội nhũ của hạt đại mạch. Trong quá trình sản xuất bia, các enzyme trong malt thủy phân tinh bột để tạo ra các loại đường có thể lên men (fructose, glucose, maltose & maltotriose) và trong quá trình lên men, nấm men lại chuyển hóa các loại đường này thành rượu, các hợp chất tạo hương vị, CO2.
Enzyme trong malt (bao gồm α-amylase và b-amylase, limit-dextrinase, b-glucanase, xylanase & protease) có một số hạn chế: chúng chỉ hoạt động ở nhiệt độ vùng thích hợp và trong một khoảng pH nhất định. Các thông số này có tác động quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Mỗi nhóm enzyme lại tối ưu với các điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau. Các nhà sản xuất bia cần liên tục điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với vai trò của từng enzyme để tạo ra dịch hèm có hương vị mong muốn. Việc tối ưu hóa cả nhiệt độ và pH sẽ giúp chuyển hóa tinh bột thành đường tốt hơn, nâng cao chất lượng dịch thủy phân, và qua đó làm tăng khả năng lọc, độ trong và hương vị của sản phẩm bia.
Trong trường hợp bia được sản xuất một cách linh hoạt với các nguyên liệu thay thế như ngô, đại mạch, lúa miến, sắn, gạo, lúa mạch đen, kê và lúa mì… thì các thành phần của chúng phải được thủy phân bằng cách bổ sung malt lót và/hoặc sử dụng các enzyme ngoại sinh. Các enzyme ngoại sinh chính là các enzyme thương mại được tạo ra nhằm tác động vào các nguyên liệu thay thế theo các công thức sản xuất bia và các yêu cầu về quy trình công nghệ riêng. Các enzyme này giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất, nâng cao hiệu quả, đồng thời tiết kiệm chi phí thông qua việc giảm sử dụng năng lượng và nước. Bằng cách sử dụng enzyme ngoại sinh, các nhà sản xuất bia có sự linh hoạt cao hơn trong lựa chọn nguyên liệu thay thế để sản xuất bia do ít phụ thuộc vào các enzyme trong malt.
Khi hoạt độ enzyme trong quá trình đường hóa quá thấp, kết quả:
• Hiệu suất dịch chiết thấp hơn (do hàm lượng đường lên men thấp)
• Khả năng phân tách dịch hèm kém
• Quá trình lên men chậm làm giảm quá trình tạo cồn
• Khả năng lọc bia kém
• Ảnh hưởng đến tính phối hợp đồng bộ quy trình công nghệ
• Sản phẩm bia kém chất lượng
Việc sử dụng enzyme có thể giúp tối đa hóa hiệu quả sản xuất cho các nhà máy bia. Các enzyme ngoại sinh có tính đặc hiệu cao về phạm vi hoạt động, ít xảy ra phản ứng phụ và ít tạo các sản phẩm phụ, do đó sản phẩm có chất lượng cao hơn. Chúng có thể được điều chỉnh cho các yêu cầu rất cụ thể của quy trình công nghệ.
Enzyme giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất bia
Tập đoàn IFF (Internationnal Flavors & Fragrances Inc.) chủ động khám phá hương vị của quá trình nấu và lên men bia, tạo ra hàng loạt các giải pháp hương vị khác nhau, như hương vị từ hoa bia, hương vị từ bia và hương vị từ quá trình lên men. Với những sắc thái hương vị này, hương vị của quá trình nấu bia và quá trình lên men có thể được truyền tải đến bất kỳ loại đồ uống với quy trình lên men ngắn ngày.
Tập đoàn IFF cũng đã đảm bảo tối đa hóa hiệu quả cho các nhà sản xuất bia, đảm bảo tính nhất quán và bảo vệ chất lượng của mỗi loại bia đặc trưng. Một số ví dụ về các giải pháp enzyme (thương hiệu enzyme DANISCO) mới, sáng tạo bao gồm:
- ALPHALASE® Advance 4000 với lợi thế giảm thời gian lên men mà vẫn kiểm soát tốt sự hình thành diacetyl và “Hop Creep” dẫn đến tăng sản lượng và chất lượng bia.
- DIAZYME® 87 là cải tiến mới nhất để mang lại hiệu suất lên men thực cao cho các loại bia có hàm lượng carbohydrate thấp, đồng thời tăng cường khả năng sử dụng các nguyên liệu sẵn có tại các địa phương, vốn phụ thuộc nhiều vào thời tiết (->mùa vụ).
Các nguyên vật liệu, bao gồm các giải pháp enzyme để làm tăng cảm giác ngon miệng cho các loại bia không cồn đang rất được quan tâm. Sử dụng enzyme trans-glucosidase của IFF trong quá trình đường hoá thông thường có thể điều khiển hiệu suất lên men thực (RDF) xuống rất thấp, xấp xỉ 40%.
Enzyme giúp tiết kiệm năng lượng & phát triển bền vữn
Với sự gia tăng mạnh mẽ về nhu cầu của khách hàng đối với loại bia chất lượng cao và phát triển cạnh tranh trên thị trường, vấn đề sản xuất bia trong thế kỷ 21 càng trở nên khó khăn hơn. Các hoạt động tiên phong của IFF trong lĩnh vực công nghệ enzyme đã thành công (-> thành công trở thành) giải pháp tối ưu cho qui trình sản xuất bia.
Enzyme có thể hỗ trợ các cơ sở sản xuất bia bằng cách tiết kiệm năng lượng. Công nghệ enzyme đã đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp các nhà máy giảm năng lượng và lượng nước tiêu thụ.
- Trong quá trình nấu các loại ngũ cốc, các enzyme alpha-amylase như AMYLEX® 5T hoặc 6T (->AMYLEX® 6T) sẽ cho phép sản xuất bia thu được nhiều chiết xuất hơn từ nguyên liệu và nấu ở nhiệt độ thấp hơn, do đó tiết kiệm năng lượng và lượng nguyên liệu thô.
- Trong quá trình lọc, LAMINEX® MaxFlow 4G cải thiện năng suất và khả năng lọc cũng như cải thiện quá trình lọc lên đến 20%, do đó tiết kiệm nước và năng lượng.
- Trong quá trình lên men, ALPHALASE® Advance 4000 giúp tăng năng suất của hệ thống thiết bị lên men. Điều này có nghĩa là nhu cầu về các thiết bị lên men bằng thép không gỉ giảm mà vẫn có thể tăng công suất của nhà máy từ việc sử dụng hiệu quả hơn thiết bị đang có.
Các enzyme cho phép sử dụng các nguyên liệu thô sẵn có tại địa phương, được gọi là nguyên liệu thay thế như cao lương, sắn, gạo và đại mạch chưa nảy mầm. Chúng có thể góp phần tăng sự phát triển của nhà máy bia trong việc tiết kiệm nước, năng lượng trong quá trình sản xuất.
Việc sử dụng các enzyme ngoại sinh có thể rút ngắn quá trình ủ malt, điều này có thể mang lại những lợi ích đáng kể cho môi trường. Theo đánh giá và phân tích một chu trình mới nhất của IFF, bằng cách sử dụng 50% đại mạch không nảy mầm, 50% malt đại mạch và với các enzyme tại một nhà máy bia điển hình của Châu Âu, các nhà sản xuất bia có thể giảm 16% lượng năng lượng sử dụng, giảm 16% tác động đến biến đổi khí hậu và tiêu thụ lượng nước ít hơn 16% (tiết kiệm 0,4hl nước).
Hơn 1.500 công ty hiện đang chuẩn bị để đạt được mục tiêu “net-zero” từ nay đến năm 2050. Đây là con số đã tăng gấp đôi chỉ trong 12 tháng, theo New Climate Insitute.
Hiện nay, các doanh nghiệp có tổng doanh thu khoảng 11,4 nghìn tỷ USD đang phải chịu trách nhiệm giảm lượng khí thải carbon của họ một cách nghiêm túc. Bao gồm Ford và Facebook, và cả các nhà sản xuất bia như Carlsberg, Heineken, ABInBev và BrewDog.
“Net-zero” nghĩa là đạt được sự cân bằng giữa lượng khí nhà kính (GHG) được tạo ra và lượng được loại bỏ khỏi bầu khí quyển. Để đạt được trạng thái cân bằng này, các công ty phải làm song song hai việc - giảm lượng khí thải hiện có và tích cực loại bỏ các loại khí nhà kính (GHGs) ra khỏi bầu khí quyển.
Enzyme ứng dụng dễ dàng trong sản xuất bia qui mô nhỏ
Công nghệ enzyme không những sử dụng hiệu quả đối với quy mô công nghiệp lớn, mà còn đối với các nhà cơ sở sản xuất quy mô nhỏ! Các enzyme thường được định lượng dựa trên mỗi tấn nguyên liệu thô được sử dụng hoặc mỗi hecto lít sản phẩm, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Các nhà sản xuất bia thủ công đã sử dụng các enzyme thuận lợi hoặc hạn chế sự gia tăng diacetyl trong quá trình lên men.
Enzyme tạo đa dạng hóa sản phẩm bia
Hiện nay, hương vị trong các phong cách bia khác nhau vô cùng đa dạng. Tại ngành hàng Y tế & Khoa học sinh học của IFF có thể hỗ trợ các nhà máy bia bằng cách sản xuất các sản phẩm bia có phong cách mới từ các nguyên liệu và enzyme thay thế. Thêm vào đó, các dung dịch như Litesse® polydextrose cũng có thể được sử dụng để tăng cường vị giác, đặc biệt đối với các loại bia không có calo hoặc có ít calo, hay propylene glycol alginate (PGA) và Viscarin® BV 26 để ổn định bọt bia.
Nhóm nghiên cứu của Tập Đoàn IFF’s Nourish có một bộ sưu tập đa dạng các loại hương vị mới, hỗ trợ xu hướng mới về các loại bia không cồn và sản phẩm đồ uống đặc biệt từ thiên nhiên (hard seltzers). Bộ sưu tập này gồm các hương vị như hương vị bia, malt, hoa houblong hương thảo mộc, hương vị lên men và trái cây để mang đến những sự tinh tế, đa dạng và khác biệt cho sản phẩm Bia.
Sáng tạo là trọng tâm của quá trình sản xuất bia ở IFF. Hàng loạt các giải pháp enzyme từ Hãng đang giúp các nhà sản xuất bia chuyển đổi hoạt động kinh doanh. Sử dụng enzyme sẽ cho phép các nhà sản xuất bia có thể tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương, họ sản xuất một cách hiệu quả các loại bia có hàm lượng carbohydrate thấp và giảm nhu cầu sử dụng nước trong quá trình nấu. Nhiều nhà máy bia sẽ sản xuất ra các loại bia có lượng carbohydrate thấp hoặc ít calo với công nghệ DIAZYME®. Hard seltzers sẽ được sản xuất ra trong các phiên bản và có lợi cho sức khỏe hơn, với ít cồn hơn và các thành phần đồ uống chức năng giàu dinh dưỡng. Sử dụng ít năng lượng hơn là chìa khóa và tất cả các khu vực trong nhà máy bia sẽ được xem xét kỹ lưỡng để có giải pháp tiết kiệm năng lượng. Các giải pháp sử dụng những enzyme độc đáo của IFF cũng giúp cải thiện hiệu suất và tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu trong qui trình công nghệ sản xuất bia.
Jens Eiken, Global Product Manager, Brewing & Distilling Enzymes, Master Brewer, M.Sc, EBA – IFF
Sjors Peters, Innovation Marketing Leader Beverages, Global Marketing, Nourish – IFF
Nguồn: Công ty CPCN Bia Rượu NGK Việt Nam - Vinabeco
Biên tập: PGS. TS Trương Thị Hòa