Sản xuất malt và nảy mầm hạt malt bằng siêu âm

Thông tin về đại mạch và malt

Quá trình sản xuất malt

Trong quá trình sản xuất malt, hạt ngũ cốc nảy mầm và trải qua ba bước: ngâm, nảy mầm và sấy malt. Trong bước ngâm, nước được bổ sung vào hạt để hoạt hóa các enzyme. Quá trình ngâm thông thường mất 1–2 ngày. Sau 1–2 ngày, hạt đại mạch đạt hàm lượng nước 40–45%. Tại thời điểm này, đại mạch được vớt ra khỏi nước ngâm và quá trình nảy mầm bắt đầu.
Trong quá trình nảy mầm, một số enzyme được hình thành hoặc hoạt hóa; các enzyme này đóng vai trò thiết yếu trong quá trình đường hóa sau đó. Các β-glucan được phân giải bởi endo-β-1,4-glucanase và endo-β-1,3-glucanase. Endo-β-1,4-glucanase đã có sẵn trong đại mạch, nhưng endo-β-1,3-glucanase chỉ có trong malt. Vì các β-glucan tạo gel và do đó có thể gây khó khăn cho quá trình lọc, malt cần có hàm lượng β-glucanase cao và hàm lượng β-glucan thấp. Hàm lượng tinh bột giảm và hàm lượng đường tăng trong quá trình nảy mầm, đồng thời tinh bột được phân giải bởi α-amylase và β-amylase. Đại mạch không có α-amylase; enzyme này được tạo ra trong quá trình nảy mầm, trong khi β-amylase đã có sẵn trong đại mạch. Protein cũng được phân giải trong quá trình nảy mầm. Các peptidase phân giải 35 – 40 % lượng protein thành các chất hòa tan. Sau 5 đến 6 ngày, quá trình nảy mầm hoàn tất và các quá trình sống của hạt bị bất hoạt bằng cách sấy malt. Trong bước sấy malt, nước được loại bỏ bằng cách cho không khí nóng đi qua malt. Việc này chấm dứt sự nảy mầm và các biến đổi; thay vào đó, các hợp chất tạo màu và hương vị được hình thành thông qua các phản ứng Maillard.

Các enzyme trong quá trình sản xuất malt và bia

Các enzyme quan trọng nhất đối với quá trình thủy phân tinh bột trong đại mạch là α-amylase và β-amylase, xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành đường. Amylase phân giải polysaccharide, cụ thể là tinh bột, thành maltose. β-amylase tồn tại ở dạng bất hoạt trước khi nảy mầm, trong khi α-amylase và các protease xuất hiện khi quá trình nảy mầm đã bắt đầu. Vì α-amylase có thể tác động tại bất kỳ vị trí nào trên cơ chất, enzyme này có xu hướng tác động nhanh hơn β-amylase. β-amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết glycosidic α-1,4 thứ hai, đồng thời cắt rời hai đơn vị glucose / maltose.
Các enzyme khác, chẳng hạn như protease, phân giải protein trong hạt thành các dạng mà nấm men có thể sử dụng. Tùy thuộc vào thời điểm dừng quá trình sản xuất malt, có thể thu được tỷ lệ tinh bột / enzyme mong muốn và tinh bột được chuyển hóa một phần thành các loại đường có thể lên men. Malt cũng chứa một lượng nhỏ các loại đường khác, chẳng hạn như sucrose và fructose; đây là các loại đường đã có sẵn trong hạt, không phải sản phẩm của quá trình biến đổi tinh bột. Quá trình chuyển hóa tiếp thành các loại đường có thể lên men diễn ra trong quá trình đường hóa.

Thủy phân tinh bột

Trong quá trình thủy phân bằng enzyme, các enzyme xúc tác quá trình đường hóa, nghĩa là carbohydrate (tinh bột) được phân giải thành các phân tử đường cấu thành. Thông qua quá trình thủy phân, nguồn năng lượng (tinh bột) được chuyển hóa thành các loại đường mà mầm tiêu thụ để phát triển.

Protein trong đại mạch

Đại mạch có hàm lượng protein từ 8 đến 15%. Protein của đại mạch đóng góp thiết yếu vào chất lượng malt và bia. Các protein hòa tan đóng vai trò quan trọng đối với khả năng giữ bọt và độ ổn định của bọt bia.

Arabinoxylan và β-glucan trong đại mạch

Arabinoxylan và β-glucan là các chất xơ hòa tan trong chế độ ăn. Dịch chiết malt có thể chứa hàm lượng arabinoxylan cao, gây khó khăn trong quá trình lọc vì dịch chiết có độ nhớt cao có thể làm giảm đáng kể hiệu quả của các quá trình sản xuất bia. Trong quá trình sản xuất bia, hàm lượng β-glucan cao trong đại mạch có thể khiến thành tế bào không được phân giải đầy đủ, từ đó cản trở sự khuếch tán của enzyme, sự nảy mầm và sự huy động các chất dự trữ trong hạt, do đó làm giảm lượng chất chiết từ malt. β-glucan còn lại cũng có thể khiến dịch đường có độ nhớt cao, gây khó khăn cho việc lọc tại nhà máy bia, và có thể tham gia vào quá trình ủ chín bia, gây đục lạnh. Arabinoxylan có trong thành tế bào của đại mạch, yến mạch, lúa mì, lúa mạch đen, ngô, lúa, cao lương và kê. Khả năng chiết xuất cả arabinoxylan và β-glucan đều tăng đáng kể nhờ xử lý siêu âm.

Chất chống oxy hóa trong đại mạch

Đại mạch chứa hơn 50 proanthocyanidin, bao gồm flavan-3-ol dạng oligomer và polymer, catechin và gallocatechin. Proanthocyanin B3 dạng dimer và procyanidin B3 là những chất có hàm lượng cao nhất trong đại mạch.
Các chất chống oxy hóa được biết đến với khả năng làm chậm hoặc ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa và phản ứng của các gốc tự do oxy, khiến chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia. Các chất chống oxy hóa (ví dụ: sulfit, formaldehyde, ascorbat) được sử dụng làm phụ gia trong quá trình sản xuất bia nhằm cải thiện độ ổn định hương vị của bia. Khoảng 80% hợp chất phenolic trong bia có nguồn gốc từ malt đại mạch.