Folosirea Enzimelor și 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”.

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 65C. -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 sintetizate 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 45-55C 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).