Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria berii FOLOSIREA ENZIMELOR ŞI MICROORGANISMELOR ÎN INDUSTRIA BERII În industria berii intervin două tehnologii distincte şi anume tehnologia malţului şi tehnologia berii. TEHNOLOGIA MALŢULUI Tehnologia malţului implică următoarele operaţii (fig. 1) din care, din punct de vedere biotehnologic, interesează operaţia de germinare a orzului, respectiv orzoaicei, materii prime de start. Germinarea orzului/orzoaicei are drept scop următoarele: - sinteza de enzime în cantitate mai mare; - micşorarea complexităţii substanţelor de rezervă şi a celor ce intră în structura bobului de orz/orzoaică, proces denumit şi “solubilizarea orzului”. La germinarea orzului/orzoaicei au loc următoarele procese: - creşterea ţesutului embrionar cu dezvoltarea plumulei şi a radicelelor; - activarea enzimelor preexistente în orz şi sintetizarea “de novo” a enzimelor, în principal a hidrolazelor, orzul/orzoaica matur(ă) conţinând în cantităţi mici toate enzimele hidrolitice cu excepţia -amilazei. La germinare se formează deci amilază şi cantităţi noi din celelalte hidrolaze în următoarea succesiune: -glucanaze, -
34
Embed
Folosirea Enzimelor Si Microorganismelor in Industria Berii
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria berii
FOLOSIREA ENZIMELOR ŞI MICROORGANISMELOR ÎN
INDUSTRIA BERII
În industria berii intervin două tehnologii distincte şi anume tehnologia malţului şi
tehnologia berii.
TEHNOLOGIA MALŢULUI
Tehnologia malţului implică următoarele operaţii (fig. 1) din care, din punct de vedere
biotehnologic, interesează operaţia de germinare a orzului, respectiv orzoaicei, materii prime
de start.
Germinarea orzului/orzoaicei are drept scop următoarele:
- sinteza de enzime în cantitate mai mare;
- micşorarea complexităţii substanţelor de rezervă şi a celor ce intră în structura bobului
de orz/orzoaică, proces denumit şi “solubilizarea orzului”.
La germinarea orzului/orzoaicei au loc următoarele procese:
- creşterea ţesutului embrionar cu dezvoltarea plumulei şi a radicelelor;
- activarea enzimelor preexistente în orz şi sintetizarea “de novo” a enzimelor, în
principal a hidrolazelor, orzul/orzoaica matur(ă) conţinând în cantităţi mici toate enzimele
hidrolitice cu excepţia -amilazei.
La germinare se formează deci amilază şi cantităţi noi din celelalte hidrolaze în
următoarea succesiune: -glucanaze, -amilază, enzime proteolitice (peptidaze şi
proteinaze), fosfataze, -amilază;
- respiraţia, care va fi dependentă de aerarea orzului în procesul de germinare.
La germinare sunt degradate principalele substanţe din orz şi anume:
Degradarea amidonului. Conţinutul de amidon scade de la ~ 63% la ~ 58% prin
formare de zaharuri simple sub acţiunea amilazelor. Din zaharurile simple formate ~ 50%
sunt consumate prin respiraţie. Activitatea amilazică a malţului finit se măsoară prin “puterea
diastazică”.
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria berii
Figura 1. Schema de operaţii unitare a procesului de fabricare a malţului
Degradarea hemicelulozelor Pereţii celulari ai bobului de orz sunt formaţi din
hemiceluloze, respectiv din -glucani (80-90%) şi pentozani (20%). -Glucanii sunt polimeri
liniari cu masă moleculară mare (conţin ~ 200000 resturi de D-glucopiranoză) formaţi din
D-glucoză legate între ele -1,4 (70%) şi 1,3 (30%). La nivelul pereţilor celulari -glucanii
sunt legaţi de proteine prin legături covalente, formând complexe care realizează o matrice
relativ rigidă. Pentozanii sunt polimeri ramificaţi cu masă moleculară mare formaţi din
molecule de D-xiloză legate -1,4. Lanţurile laterale sunt formate din arabinoză.
Prima enzimă implicată în degradarea -glucanilor este -glucan solubilaza care
realizează scindarea -glucanului de proteină (enzima joacă rolul unei carboxipeptidaze),
-glucanii eliberaţi din complex devenind solubili. -Glucan solubilaza este prezentă în orz
dar este şi sintetizată în cursul germinării. Enzima este termostabilă, fiind stabilă la brasaj,
timp de o oră şi la 65C. -Glucanii sunt degradaţi în continuare de -glucanaze diferite. Două
endo--glucanaze şi anume -1,3 glucanaza şi 1,3-1,4 glucanaza sunt în principal
150
Orz brut
Condiţionare Precuraţire Curăţire Sortare pe calitate
Depozitare pentru post-maturare şi învingerea repausului germinativ
Înmuierea orzului la 15-20ºC/36-48 ore, spălare şi
dezinfectare
Germinare 17-25ºC/4-6 zile
Orz germinat (malţ verde)
Uscare la 50-60ºC la 60-80ºC
Răcire şi degerminare
Malţ finit
Aer cald
Aer Apă
Aer
Depozitare pentru maturare
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria beriisintetizate la germinare şi vor interveni în degradarea pereţilor celulari ai orzului. Aceste -
glucanaze fragmentează lanţul -glucanic conducând la -oligozaharide.
Exo -glucanazele desprind o moleculă de celobioză de la capătul nereducător al
lanţului -glucanic iar celobioza la rândul ei este transformată în două molecule de glucoză
de către celobiază (-glucozidază). Circa 50-90% din activitatea -glucanazelor este pierdută
la uscarea malţului, iar la brasaj hidroliza -glucanilor are loc la 45-55C deoarece la
temperaturi ceva mai ridicate aceste -glucanaze sunt inactivate rămânând doar -glucan
solubilaza care va elibera -glucani din complexul cu proteinele, ceea ce va conduce la
creşterea vâscozităţii mustului şi deci mărirea timpului de filtrare a plămezii. Un exces de -
glucani în bere poate cauza dificultăţi de filtrare sau tulburări în produsul finit.
Enzimele care degradează pentozanii sunt: endoxilanaza (hidrolizează legăturile -
1,4 din interiorul lanţului pentozanic); exoxilanaza (hidrolizează legăturile -1,4 de la capătul
lanţului pentozanic); arabinoxilanaza care acţionează asupra lanţurilor laterale de pentozani
formate din arabinoză cu eliberare de arabinoză; xilobiaza care degradează xilobioza la două
molecule de xiloză.
În prima etapă de degradare a -glucanilor şi a pentozanilor se formează dextrine
liniare -glucanice şi respectiv “dextrine” ramificate -pentozanice. În etapa a doua dextrinele
menţionate sunt degradate la celobioză şi respectiv xilobioză (dizaharide) şi glucoză,
respectiv arabinoza, xiloză (monozaharide).
Hidroliza hemicelulozelor (-glucani) şi pentozani are loc în proporţie de 70% în timpul
malţificării orzului (fig. 2).
Gradul de degradare a hemicelulozelor se apreciază prin diferenţa de randament între
măcinişul fin şi măcinişul grosier (dur) care trebuie să fie maximum 2,2% şi prin măsurarea
vâscozităţii mustului de laborator (maximum 1,85 mPa·s) respectiv a conţinutului de -
glucani (~ 200 mg/l).
Degradarea proteinelor. Sub influenţa peptid hidrolazelor (endo- şi exopeptidaze şi
proteinaze) are loc o hidroliză a substanţelor cu azot fapt ce este apreciat prin gradul de
solubilizare proteică (cifra Kolbach) şi conţinutul malţului în azot aminoacidic.
Nivelul de solubilizare este în funcţie de tipul de bere ce se produce din malţul
respectiv:
- malţul tip Pils va conţine ~ 600 mg/100 g s.u. azot solubil total şi 126 mg/100 g s.u. azot
-aminic;
- malţul pentru berea blondă va conţine 700 mg/100 g s.u. azot solubil total şi 147 mg/100
g s.u. azot -aminic;
- malţul pentru berea brună va conţine 900 mg/100 g s.u. azot solubil total şi 190 g/100 g
s.u. azot -aminic.
151
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria berii
Figura 2 Hidroliza pentozanilor şi -glucanilor
Din diferite cauze, malţul finit poate prezenta următoarele deficienţe:
- conţinut ridicat de boabe negerminate, care se constată prin măsurarea plumulei
(acrospirei) care, în mod normal, la orzul bine germinat este:
2/3 până la 3/4 din lungimea bobului la malţul blond;
3/4 până la 1/1 din lungimea bobului la malţul brun.
Dacă plumula este zero, orzul se consideră negerminat şi atunci se determină
procentul de boabe negerminate. Un malţ cu 8% boabe negerminate este de fapt un
amestec de malţ şi orz şi ca atare la plămădire se intervine cu enzime din afară pentru a
suplimenta nivelul de enzime al boabelor negerminate la nivelul celor germinate. În acest
scop se recomandă să se folosească Cereflo 200 L (endo--glucanază dar care are şi
activitate nestandardizată de -amilază) + Cereflo 2XL (conţine -amilază, -glucanază şi
protează), Ceremix 2XL + Ultraflo L (conţine -glucanaza) sau Ceremix 6XMG (conţine
proteaza neutră, -amilază, -glucanază, pentozanază şi celulază). Se poate folosi şi
152
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria beriiAlphalase AP-3 care conţine -amilază, protează şi glucanază.
- Malţ deficitar în -amilază, deficienţă care se poate constata analitic prin una din
următoarele metode:
determinarea duratei de zaharificare (normal 15 min);
determinarea filtrabilităţii palierului 80C de la brasaj (analiza Hartong-Piratski);
determinarea gradului de fermentare a mustului de laborator (minimum 80%);
determinarea conţinutului de -amilază după metoda EBC.
Prelucrarea malţului cu deficienţă în -amilază va avea următoarele consecinţe:
obţinerea de plămezi nezaharificate; filtrabilitate redusă a mustului şi berii; flocularea
prematură a drojdiei la fermentare; obţinerea de bere cu grad de fermentare redus; apariţia
de urme de nezaharificate în must şi bere.
Deficienţele menţionate se pot corecta folosind enzime exogene în diferite etape
tehnologice: plămădire, în mustul cu hamei înainte de fierbere; în linul de fermentare.
Deficitul de -amilază în malţ poate fi corectat după cum urmează:
adaos de Fungamyl 800L în proporţie de 1-2kg/t măciniş la plămădire;
adaos de Termamyl 120 L în proporţie de 2g/hl must;
adaos de Fungamyl 800 L în proporţie de 0,5-3 g/hl must în linul de fermentare
(doza de 0,5 g/hl se utilizează atunci când temperatura de fermentare este de 4-7C, doza
de 3g/hl se foloseşte când se doreşte un grad de fermentare mai ridicat);
adaos de Nervanase BT-2 în proporţie de 1,5l/tonă malţ pentru Nervanase BT-2
(180)
- Malţ incomplet citolizat. Această deficienţă a malţului se poate constata prin
următoarele determinări: diferenţa între măcinişul fin şi grosier (dur), care în mod normal
trebuie să fie 1,8%; vâscozitatea mustului de laborator care în mod normal trebuie să fie
1,5-1,65 mPa·sec.
Folosirea malţului incomplet citolizat ar conduce la randament în extract mai scăzut, o
filtrabilitate mai scăzută a mustului şi berii.
Se recomandă în acest caz folosirea următoarelor preparate enzimatice exogene:
Cereflo 200L în proporţie de 0,5-1 kg/tonă malţ sau Ultraflo L în proporţie de 0,2 kg/tonă malţ.
Deoarece Ultraflo L are numai activitate -glucanazică, în principal, şi celulazică,
pentozanazică, arabinazică, în secundar, şi nu are activitate -amilazică, cele două enzime
se utilizează împreună la plămădire, în următoarele proporţii: Cereflo 200L 0,4-0,8 kg/tonă
malţ iar Ultraflo L 0,1-0,2 kg/tonă malţ.
Se mai recomandă şi adaosul de Fynizym în proporţie de 1g/hl must; la fermentarea
primară se pot folosi şi combinaţiile Ceremix 2XL+Cereflo 200 L; Ceremix 2XL + Ultraflo L
153
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria beriisau Ceremix 6XMG, al cărui dozaj se face în funcţie de diferenţa între randamentul în
măciniş fin şi grosier (dur) aşa cum se arată în tabelul 1.
Tabelul 1
Corelaţia dintre diferenţa de măciniş în % şi adaosul de Ceremix 6XMG
Diferenţa de randament de măciniş % 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0Ceremix 6XMG g/tonă malţ 50 100 150 200 250
Se poate utiliza şi -Glucanase 200 L în proporţie de 250-500 ml/tonă malţ.
- Malţ insuficient solubilizat proteolitic. În general un malţ bine solubilizat este
caracterizat prin următoarele:
azot solubil total pentru o bere blondă 550-750 mg/100 g s.u.;
azot aminic liber, minimum 150 mg/100 g s.u.
Determinările se fac pe mustul de laborator. Dacă valorile menţionate nu sunt
realizate, malţul este insuficient solubilizat şi va avea următoarele consecinţe: încetinirea
procesului de fermentaţie şi respectiv oprirea procesului de fermentare la diferite grade de
fermentare (aceste deficienţe sunt datorate în principal conţinutului mai scăzut de aminoacizi
liberi).
La un conţinut de aminoacizi liberi prea mare (malţ suprasolubilizat) se va influenţa
negativ culoarea mustului la fierbere şi implicit a berii şi de asemenea se vor înrăutăţi
proprietăţile senzoriale şi stabilitatea berii (coloidală şi biologică).
Pentru a remedia această deficienţă a malţului (de slabă solubilizare) se recomandă
folosirea la brasaj a preparatului Neutrază 0,5L în proporţie de 0,3-0,7 kg/tonă malţ. Se mai
poate folosi Proteinase 200 L în proporţie de 0,25 kg/tonă malţ.
6.2. TEHNOLOGIA BERII
Tehnologia berii implică operaţiile menţionate în figura 3, din care, din punct de vedere
biotehnologic, interesează operaţiile de brasaj (plămădire şi zaharificare), fermentaţie
/primară şi secundară) şi maturizare a berii.
154
Malţ
Pretratare malţ Curăţire Desprăfuire Măcinare
Brasaj(Plămădire şi zaharificare)
4070C100 – 150 min
Fermentare 10-20C0-15 zile
Răcire în schimbător cu plăci de la 95C la 8C
Limpezire la receTanc de maturare
la 0C/7-21 zile Filtrare bere Tragere bere la sticle, butoaie, cutii
Cereale nemalţificate
Păstrare cereale Curăţire Desprăfuire
Pregătire termică a nemalţificatelor
(cazan de plămădire)50100 C40-60 min
Hamei DrojdieCO2
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria berii
Figura 3 Schema tehnologică de obţinere a berii
Plămădirea şi zaharificarea plămezii (brasaj) este operaţia care se execută în scopul
obţinerii mustului. Substanţele care trec din malţ în must formează extractul mustului, extract
ce este format prin solubilizarea substanţelor solubile preexistente în malţ, respectiv cele
care devin solubile în operaţia de brasaj sub influenţa enzimelor din malţ şi a celor adăugate.
155
Trub la rece
Trub la cald
Filtrare plămadă zaharificată
Separarea trubului la cald
Fierbere must cu hamei
Pasteurizare în tunel sau Flash
64-70C/40/0,5 min
Borhot
Inoculator drojdie
Must
Folosirea enzimelor şi microorganismelor în industria beriiPrincipalele enzime care acţionează la brasaj şi sunt proprii plămezii sunt arătate în
tabelul 2.
Tabelul.2
Principalele enzime de plămadă şi caracteristicile lor
Enzima pH optim
Temperatura optimă
Temperatura de inactivare,
C
Legătura hidrolizată
Produse de hidroliză
Enzime care hidrolizează amidonul-amilaza 5,6-5,8 70-75 80 -1,4 din orice loc în
interiorul amilozei şi amilopectinei. Acţiunea se opreşte la 2-3 resturi glucoză înaintea legăturii -1,4
dextrine liniare din amiloză dextrine ramificate din amilopectină maltoză (puţină) şi glucoza din amiloză şi amilopectină
-amilază 5,4-5,6 60-65 70 -1,4 de la capătul nereducător al catenei atât la amiloză cât şi la amilopectină. Acţiunea se opreşte la 2-3 resturi glucoză în faţa legăturii -1,6
dextrine ramificate maltoză
Dextrinaza limită (pulullanaza)
5,1 55-60 65 1,6 Dextrine liniare cu masă moleculară mică din cele ramificate cu masă moleculară mai mică (5-8 resturi de glucoză)